如圖所示為某種游戲裝置,在同一豎直平面內有大圓圓弧軌道、小圓軌道和緩沖裝置固定在水平面上,兩個圓軌道均與水平面平滑連接且前后錯開,緩沖裝置中的輕質彈簧右端固定于豎直墻面上,彈簧原長時左、右兩端點對應于平面上的點E、F,小球壓縮彈簧的距離不超過2r時,緩沖裝置可正常工作。游戲時把一質量為m的小球(視為質點)從同一豎直平面某點以初速度v0水平拋出,恰好從B點沿切線方向進入半徑為2r的大圓圓弧軌道,視為游戲成功。某次游戲中,小球以v0=gr從A點水平拋出,游戲成功,并經最低點C進入半徑為r小圓軌道,離開圓軌道后沿水平面繼續向前運動并壓縮彈簧,直至小球速度減為0時彈簧的壓縮量x=r。已知BO兩點等高,圓軌道最低點至豎直墻面間總長度CF=7r,彈簧原長l=3r,軌道的CE段粗糙,其余均光滑,小球與軌道CE段之間的動摩擦因數μ=0.5,彈簧的彈性勢能Ep與形變量的平方成正比。
求:
(1)小球經過圓軌道最高點D時對軌道的壓力;
(2)彈簧的壓縮量x=r時彈簧的彈性勢能;
(3)若小球的拋出點和初速度均可調節,要保證游戲成功、緩沖裝置正常工作且小球不脫離軌道,求拋出點離水平面的最大高度。

gr
【答案】(1)小球經過圓軌道最高點D時對軌道的壓力大小是mg,方向豎直向上;
(2)彈簧的壓縮量x=r時彈簧的彈性勢能是mgr;
(3)拋出點離水平面的最大高度是4r。
(2)彈簧的壓縮量x=r時彈簧的彈性勢能是mgr;
(3)拋出點離水平面的最大高度是4r。
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:31引用:1難度:0.4
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