如图所示,位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点。已知h=2 m,s= m。取重力加速度大小g=10 m/s2。
22.一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;
23.若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小。
当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则在bc上只受重力,做平抛运动,则有:
①
则在b点的速度 ②,
从a到b的过程中,根据动能定理得: ③
解得:
当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则在bc上只受重力,做平抛运动,根据平抛运动基本公式求出b点速度,再根据动能定理求解R;
从b点下滑过程中,初速度为零,只有重力做功,b到c的过程中,根据动能定理得:
④
因为物体滑到c点时与竖直方向的夹角等于(1)问中做平抛运动过程中经过c点时速度与竖直方向的夹角相等,设为θ,则根据平抛运动规律可知 ⑤,
根据运动的合成与分解可得 ⑥
由①②③④⑤⑥解得:
下滑过程中,初速度为零,只有重力做功,b到c的过程中,根据动能定理列式,根据平抛运动基本公式求出c点速度方向与竖直方向的夹角,再结合运动的合成与分解求解。
本题的关键是能正确分析物体的受力情况和运动情况,特别抓住当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,分析出表达的隐含条件。