如图所示,半径r=0.80m的光滑金属半球壳ABC与水平面在C点连接,一质量m=0.10kg的小物块在水平面上距C点s=
1个回答

(1)设小物块滑到最低点B的速度为v B,受到球壳的支持力为N B,则在小物块从C至B的过程中只有重力做功,根据动能定理有:

mgr=

1

2 m

v 2B -0

可得: v B =

2gr

小物块在B点所受合力提供其圆周运动向心力,根据牛顿第二定律有:

N B -mg=m

v 2B

r

得: N B =mg+m

v 2B

r = mg+m

2gr

r =3mg =33×10×0.1N=3N

根据牛顿第三定律可知,小物块在B点对半球壳的压力为3N;

(2)小物块从C点水平滑出做平抛运动,其恰好落在B点,则可知小物块在平抛过程中:

水平位移x=r=v ct…①

竖直位移y=r=

1

2 g t 2 …②

由①和②可得: v C =

r

t =

r

2r

g =

gr

2 =

10×0.8

2 m/s=2m/s

小物块在从D到C的过程中只有滑动摩擦力做功,根据动能定理有:

-μmgs=

1

2 m

v 2C -

1

2 m

v 2D

解得: v D =

v 2C +2μgs =

2 2 +2×0.2×1.25 m/s=3m/s

(3)若物块撞击球壳BC段,速度方向斜向左下方,则不可能垂直撞击半球壳,若小球落在AB上的E点,OE与竖直方向的夹角为θ,E点时速度与竖直方向夹角为α,则小球从C到E做平抛运动有:

竖直方向位移:y=rcosθ=

1

2 g t 2 ,

所以其运动时间为:t=

2rcosθ

g

在E点竖直分速度:v y=gt=

2grcosθ

小物块在水平方向的位移为:x=r+rsinθ=v Ct= v C

2rcosθ

g

在E点水平分速度: v c =

r+rsinθ

2rcosθ

g

所以在E点小物块速度方向与竖直方向的夹角的正切值:

tanα=

v x

v y =

r+rsinθ

2rcosθ

g

2grcosθ =

r+rsinθ

2rcosθ =

1+sinθ

2cosθ

因为: tanα=

1+sinθ

2cosθ >tanθ

所以小球不可能垂直撞击球壳.

答:(1)若物块运动到C点时速度为零,恰好沿球壳滑下,物块滑到最低点B时对球壳的压力大小为3N;

(2)若物块运动到C点水平飞出,恰好落在球壳的最低点B,物块在D点时的初速度大小为3m/s;

(3)小球不可能垂直撞击球壳.

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