Question

【題目】一個(gè)彈珠游戲簡(jiǎn)化如下圖所示。豎直安裝在高H=1m的桌面上的“過(guò)山車”軌道模型，水平軌道OB粗糙， 長(zhǎng)為1m，BD光滑；光滑圓軌道半徑為R=0.4m。一彈簧左端固定，右端自由伸長(zhǎng)到A點(diǎn)，OA長(zhǎng)為0.1m。距桌子右邊緣線DF距離S=1.6m有一高度h=0.8m的豎直擋板。現(xiàn)在A點(diǎn)靜止放置一個(gè)質(zhì)量m=1kg的小球，并用力緩慢向左把小球推到O點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中推力做功W=22.4J。已知小球與軌道OB的摩擦因數(shù)μ為0.4，重力加速度g=10m/s2，不計(jì)空氣阻力。求：

(1)小球推到O點(diǎn)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能EP.

(2)該小球從O點(diǎn)靜止釋放后，運(yùn)動(dòng)到圓軌道最高點(diǎn)C時(shí)對(duì)軌道的壓力大小.

(3)為了使都從O點(diǎn)靜止釋放的小球能落在DF和擋板之間，小球的質(zhì)量m滿足的條件.

Answer 1

【答案】(1) (2) (3)

【解析】試題分析：對(duì)向左推小球過(guò)程分析，根據(jù)功能關(guān)系即可求得彈簧的彈性勢(shì)能；對(duì)OC過(guò)程分析，根據(jù)動(dòng)能定理可求得小球到達(dá)C點(diǎn)的速度，再根據(jù)向心力公式即可求得對(duì)軌道的壓力；對(duì)小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，明確小球落在DF和擋板之間的條件，再根據(jù)動(dòng)能定理和平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律即可求得小球質(zhì)量應(yīng)滿足的條件．

(1)根據(jù)根據(jù)功能關(guān)系可知， ，解得

(2)研究O到C過(guò)程：由能量守恒

小球到C點(diǎn)時(shí) ，解得

(3)①小球從O點(diǎn)恰好到達(dá)C點(diǎn)：

②小球恰能夠過(guò)擋板最高點(diǎn)

，

所以小球的質(zhì)量滿足