Question

【题目】（12分）如图甲所示，竖直平面内的光滑轨道由倾斜直轨道AB和圆轨道BCD组成，AB和BCD相切于B点，CD连线是圆轨道竖直方向的直径（C、D为圆轨道的最低点和最高点），已知。可视为质点的小滑块从轨道AB上高H处的某点由静止滑下，用压力传感器测出滑块经过圆轨道最高点D时对轨道的压力为F，并得到如图乙所示的压力F与高度H的关系图象，取g=10m/s2。求：

（1）滑块的质量和圆轨道的半径；

（2）是否存在某个H值，使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点。若存在，请求出H值；若不存在，请说明理由。

Answer 1

【答案】（1），（2）

【解析】

试题（1）mg(H－2R)=mvD2 2分

F＋mg=2分

得：F=－mg

m=0.1kg，R=0.2m 2分

（2）假设滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的E点（如图所示）

x= OE=vDPt 1分

R=gt2 1分

得到：vDP=2m/s 1分

而滑块过D点的临界速度

vDL==m/s 1分

由于：vDP> vDL 所以存在一个H值，使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点 1分

mg(H－2R)=mvDP2 1分

得到：H=0.6m 1分