如图,竖直平面内的轨道由高为4R、倾角为37°的粗糙直轨道AB和半径为R的14圆光滑轨道BC组成。在C正上方有一离地高度为2R的匀速旋转平台,沿平台直径方向开有两个到轴心距离相等的小孔P、Q,旋转时两孔均能到达C点正上方。一质量为m的小滑块从A点由静止出发,在沿AB向下的恒力F作用下以加速度a=gsin37°(g为重力加速度)沿AB向下运动,至B点时撤去F。已知滑块与AB间的动摩擦因数μ=952,不计滑块在B处的机械能损失。
(1)求F的大小,判断滑块在AB上运动时机械能是否守恒并说明理由。
(2)滑块沿轨道通过C点,恰从P孔第一次向上穿过平台又从P孔落下(期间平台转一圈),返回轨道运动至AB轨道上D点后再次沿轨道通过C点,从P孔第二次穿过平台后恰从Q孔落下。求:
①平台转动的角速度大小ω;
②与第一次落回C点相比,滑块第二次落回C点的机械能减少了多少?
③D点的高度hD。
1
4
9
52
【答案】(1)F的大小为mg,滑块在AB上运动时机械能守恒,理由见解析;
(2)①平台转动的角速度大小为;
②与第一次落回C点相比,滑块第二次落回C点的机械能减少了1.5mgR;
③D点的高度为3.25R。
9
65
(2)①平台转动的角速度大小为
2
π
g
R
②与第一次落回C点相比,滑块第二次落回C点的机械能减少了1.5mgR;
③D点的高度为3.25R。
【解答】
【点评】
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