Question

【題目】如圖所示，半徑為R 的光滑半園形軌道CDE 在豎直平面內(nèi)與光滑水平軌道AC相切于C點(diǎn)，水平軌道AC 上有一輕質(zhì)彈簧處于自由狀態(tài)，彈簧左端連接在固定的擋板上，彈簧的右端B與軌道最低點(diǎn)C 的距離為4R。現(xiàn)用一個質(zhì)量為m的小球?qū)�彈簧壓縮（不栓接），當(dāng)壓縮至F點(diǎn)(圖中未畫出) 時，將小球由靜止釋放，小球經(jīng)過BCDE 軌道拋出后恰好落在B點(diǎn)，已知重力加速度為g， 求:

(1) 求小球經(jīng)過E 點(diǎn)時的速度；

(2) 將彈簧壓至F 點(diǎn)時的彈性勢能；

(3) 若水平軌道BC 段有摩擦，小球仍從F 點(diǎn)靜止釋放，要使小球能滑上半圓形CDE 軌道且不脫軌，求小球BC 段動摩擦因數(shù)μ的取值范圍。

Answer 1

【答案】（1）（2）4mgR（3） 或

【解析】（1）小球從E點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動，由平拋運(yùn)動規(guī)律得：

4R=vEt ，

由以上兩式解得：

（2）小球由靜止釋放到最高點(diǎn)E，由機(jī)械能守恒定律可得：

聯(lián)立解得：Ep=4mgR

（3）要使小球能滑上半圓形軌道且不脫軌，則有：

①小球從靜止釋放到圓弧最低點(diǎn)C，由能量守恒得：Ep－μmg4R>0，得：μ<1

②小球從靜止釋放到圓弧中間處D，由能量守恒得：Ep－μmg4R≤mgR

得：

③若小球剛好通過最高點(diǎn)E，則有： ，

小球從靜止釋放到圓弧最高點(diǎn)E，由能量守恒得：

聯(lián)立解得：

綜上所述，μ的取值范圍是： 或