一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管,固定于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細管的內(nèi)徑大得多.在圓管中有兩個直徑與細管內(nèi)徑相同的小球(可視為質點).A球的質量為m1,B球的質量為m2.它們沿環(huán)形圓管順時針運動,經(jīng)過最低點時的速度都為V0.則A球在最低點受到的向心力的大小為
m1
v02
R
m1
v02
R
,設A球運動到最低點時,B球恰好運動到最高點,若要此時兩球作用于圓管的合力為零,那么m1、m2、R與V0應滿足的關系式是
(m1-m2
v02
R
+(m1+5m2)g=0
(m1-m2
v02
R
+(m1+5m2)g=0
分析:根據(jù)向心力的公式求出A球在最低點受到的向心力大。瓵球運動到最低點時,B球恰好運動到最高點,若要此時兩球作用于圓管的合力為零,即A、B兩球對軌道的壓力大小相等,方向相反.結合機械能守恒定律和牛頓第二定律求出m1、m2、R與V0應滿足的關系式.
解答:解:A球在最低點受到的向心力的大小為m1
v02
R

A球運動到最低點時速度為V0,A球受到向下重力mg和細管向上彈力N1的作用,其合力提供向心力.根據(jù)牛頓第二定律,得N1-m1g=m1
v02
R

這時B球位于最高點,設速度為V1,B球受向下重力m2g和細管彈力N2作用.球作用于細管的力是N1、N2的反作用力,要求兩球作用于細管的合力為零,即要求N2與N1等值反向,N1=N②,且N2方向一定向下,
   對B球:N2+m2g=m2
v12
R
   ③
B球由最高點運動到最低點時速度為V0,此過程中機械能守恒定律,得:
1
2
m2v12+m2g?2R=
1
2
m2v02
  ④
 由①②③④式消去N1、N2和V1后得到m1、m2、R與V0滿足的關系式是:
  (m1-m2
v02
R
+(m1+5m2)g=0 ⑤
故答案為:m1
v02
R
,(m1-m2
v02
R
+(m1+5m2)g=0
點評:本題綜合考查了牛頓第二定律和機械能守恒定律,綜合性較強,對學生的能力要求較高,是道好題.
練習冊系列答案
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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖所示,一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管固定在水平桌面上,環(huán)內(nèi)間距相等的三位置處,分別有靜止的大小相同的小球A、B、C,質量分別為m1=m,m2=m3=1.5m,它們的直徑略小于管的直徑,小球球心到圓環(huán)中心的距離為R,現(xiàn)讓A以初速度v0沿管順時針運動,設各球之間的碰撞時間極短,A和B相碰沒有機械能損失,B與C相碰后能結合在一起,稱為D.求:
(1)A和B第一次相碰后各自的速度大;
(2)B和C相碰結合在一起后對管沿水平方向的壓力大。
(3)A和B第一次相碰后,到A和D相碰經(jīng)過的時間.

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科目:高中物理 來源: 題型:

如圖,一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管,固定于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細管的直徑大得多),在圓管中有一個直徑與細管內(nèi)徑相同的小球(可視為質點),小球的質量為m,設某一時刻小球通過軌道的最低點時對管壁的壓力為5.5mg.此后小球便作圓周運動,求:
(1)小球在最低點時具有的動能;
(2)小球經(jīng)過半個圓周到達最高點時具有的動能;
(3)在最高點時球對管內(nèi)壁的作用力大小及方向;
(4)若管內(nèi)壁粗糙,小球從最低點經(jīng)過半個圓周恰能到達最高點,則小球此過程中克服摩擦力所做的功.

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科目:高中物理 來源: 題型:

一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管,位于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細管的內(nèi)徑大得多),在圓管中有兩個直徑略小于細管內(nèi)徑的小球(可視為質點)A、B,A球質量為m1,B球質量為m2,它們沿圓管順時針運動,經(jīng)過圓管最低點時速度都是v0,若某時刻A球在圓管最低點時,B球恰好在圓管最高點,兩球作用于圓管的合力為零,求m1、m2、R與v0應滿足的關系式.

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科目:高中物理 來源: 題型:

一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細圓管,位于豎直平面內(nèi),環(huán)的半徑為R(比細管的半徑大得多),圓管中有兩個直徑與細管內(nèi)徑相同的小球(可視為質點).A球的質量為m1,B球的質量為m2.它們沿環(huán)形圓管順時針運動,經(jīng)過最低點時的速度都為v0.設A球運動到最低點時,B球恰好運動到最高點,若要此時兩球作用于圓管的合力為零,那么m1、m2、Rv0應滿足的關系式是    .

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