如圖所示,質(zhì)量為m=0.5kg的小球從距離地面高H=5m處自由下落,到達地面時恰能沿凹陷于地面的半圓形槽壁運動,半圓形槽的半徑R為0.4m,小球到達槽最低點時速率恰好為10m/s,并繼續(xù)沿槽壁運動直到從槽左端邊緣飛出且沿豎直方向上升、下落,如此反復幾次,設(shè)摩擦力大小恒定不變,求:
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/359b033b5bb5c9ea60e6e964d639b6003af3b324.jpg)
(1)小球第一次飛出半圓槽上升距水平地面的高度h為多少?
(2)小球最多能飛出槽外幾次?(g=10m/s
2).
(1)小球從高處至槽口時,由于只有重力做功;由槽口至槽底端重力、摩擦力都做功.由于對稱性,圓槽右半部分摩擦力的功與左半部分摩擦力的功相等.小球落至槽底部的整個過程中,由動能定理得mg(H+R)-W
f=
mv
2;
解得 W
f=mg(H+R)-
mv
2=0.5×10×(5+0.4)-
×0.5×10
2=2J;
由對稱性知小球從槽底到槽左端口克服摩擦力做功也為2J,則小球第一次離槽上升的高度h,由-mg(h+R)-W
f=0-
mv
2;
得 h=
-R=
-0.4=4.2m
(2)設(shè)小球飛出槽外n次,則由動能定理得 mgH-n×2W
f=0
解得n=
=6.25,n只能取整數(shù),故即小球最多能飛出槽6次.
答:(1)小球第一次飛出半圓槽上升距水平地面的高度h為4.2m; (2)小球最多能飛出槽外6次.