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(11分)如图所示,ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB是半径为R=15m的6ec8aac122bd4f6e圆周轨道,半径OA处于水平位置,BDO是直径为15m的半圆轨道,DBDO轨道的中央.一个小球PA点的正上方距水平半径OAH处自由落下,沿竖直平面内的轨道通过D点时对轨道的压力等于其重力的6ec8aac122bd4f6e倍.取g为10m/s2.

说明: 6ec8aac122bd4f6e

   (1)H的大小;

   (2)试讨论此球能否到达BDO轨道的O点,并说明理由;

   (3)小球沿轨道运动后再次落到轨道上的速度的大小是多少.

 

答案:
(1)10m (2)小球可以通过O点 (3)17.3m/s 【解析】(1)小球从H高处自由落下,进入轨道,沿BDO轨道做圆周运动,小球受重力和轨道的支持力.设小球通过D点的速度为v,通过D点时轨道对小球的支持力为F(大小等于小球对轨道的压力)提供它做圆周运动的向心力,即 ①(1分) 小球从P点落下一直到沿光滑轨道运动的过程中,机械能守恒有, ②(1分) 由①②解得高度m(1分) (2)设小球能够沿竖直轨道运动到O点时的最小速度为v0,则有③(1分) 小球至少应从H0高处落下,④(1分) 由③④可得(1分) 由H>H0,小球可以通过O点. (1分)  (3)小球由H落下通过O点的速度为m/s(1分) 小球通过O点后做平抛运动,设小球经过时间t落到AB圆弧轨道上, 建立图示的坐标系,有 ⑤(1分) ⑥(1分) 且⑦(1分) 落到轨道上速度大小为m/s(1分)
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