Question

如圖，光滑圓弧軌道與光滑斜面在B點平滑連接，圓弧半徑為R=0.4m，一半徑很小、質量為m=0.2kg的小球從光滑斜面上A點由靜止釋放，恰好能通過圓弧軌道最高點D，g取10m/s²。

求：（1）小球最初離最低點C的高度h；

（2）小球運動到C點時對軌道的壓力大小F_N；

（3）若斜面傾斜角與圖中θ相等，均為53°，小球離開D點至落到斜面上運動了多長時間？

 

Answer 1

解：（1）在D點，速度為v_D，

mg = mv_D²/R

∴v=2m/s

由A運動到D點，機械能守恒

mg（h-2R）= mv_D²/2

∴h=1m

（2）由A運動到C點，機械能守恒

mgh=mv_C²/2

在C點，由向心力公式，得

F_N-mg=mv_C²/R

∴F_N=12N

（3）設撞到斜面上E點離B點的距離為x，飛行時間為t，由位移公式，得

Rsin53⁰+xcos53⁰   = v_Dt

R+Rcos53⁰-xsin53⁰ = gt²/2

由上面兩式，得

t = s

評分：（1）（2）各4分，（3）中列式4分，結果4分。