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如图所示,半径为R的金属环竖直放置,环上套有一质量为m的小球,小球开始时静止于最低点.现给小球一冲击,使它以初速度v0沿环上滑,已知v0=
6Rg
.求:

(1)若金属环光滑,小球运动到环的最高点时,环对小球作用力的大小和方向.
(2)若金属环粗糙,小球运动到环的最高点与环恰无作用力,小球从最低点运动到最高点的过程中克服摩擦力所做的功.
人气:289 ℃ 时间:2020-01-19 09:36:26
解答
(1)设小球到最高点速度为v1,金属环光滑,由机械能守恒定律得:
1
2
mv
 20
=
1
2
mv
 21
+2mgR
解得:v1=
2gR

在最高点 mg+N=m
v21
R

解得:N=mg,方向竖直向下.
(2)小球在最高点与环作用力恰为0时,设速度为v2
则 mg=m
v22
R

解得:v2=
gR

从最低点到最高点,由动能定理得:
-mg2R-W=
1
2
mv
 22
-
1
2
mv
 20

解得:W=
1
2
mgR.
答:
(1)若金属环光滑,小球运动到环的最高点时,环对小球作用力的大小为mg,方向竖直向下.
(2)小球从最低点运动到最高点的过程中克服摩擦力所做的功为
1
2
mgR.
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