在研究某些复杂的曲线运动时,常常采用运动的合成与分解的方法。我们对于平抛运动的研究就是采用了这种方法。请应用这种思想方法,解决下面的类似问题:
如图所示,内壁光滑的空心圆柱体竖直固定在水平地面上,圆柱体的内径为R。沿着水平切向给贴在内壁左侧O点的小滑块一个初速度v0,小滑块将沿着柱体的内壁旋转一周经过O1点后继续运动,最终落在柱体的底面上、已知小滑块的质量为m,重力加速度为g。
(1)a.小滑块在运动中受哪些力的作用?分析这些力是否做功?
b.小滑块在运动过程中机械能是否守恒?
(2)根据研究平抛运动的思想方法,可以将该运动(螺旋线运动)分解为两个分运动:
①平行于水平面的分运动:匀速圆周运动(如上俯视平面图所示);
②竖直方向的分运动为另一种基本运动。
a.说明分运动①的线速度v线和v0的关系;
b.描述竖直方向上的分运动②是什么运动?
(3)a.求小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间T;
b.求小滑块到达O1点时的速度大小v1。
【答案】(1)a.小滑块在运动过程中只受到支持力N和重力mg的作用。重力G做功;支持力N的方向始终和速度的方向垂直,所以不做功
b.该运动中只有重力做功,所以小滑块机械能守恒。
(2)a.匀速圆周运动的线速度v线和初速度v0大小相等;
b.竖直方向上的分运动是自由落体运动
(3)a.小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间为;
b.小滑块到达O1点时的速度大小为。
b.该运动中只有重力做功,所以小滑块机械能守恒。
(2)a.匀速圆周运动的线速度v线和初速度v0大小相等;
b.竖直方向上的分运动是自由落体运动
(3)a.小滑块在柱体壁上旋转一周所用的时间为
2
π
R
v
0
b.小滑块到达O1点时的速度大小为
v
2
0
+
4
π
2
g
2
R
2
v
2
0
【解答】
【点评】
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