
(22-23高一下·江苏常州·期末)如图所示,让摆球从C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动,到达A孔进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道,当摆球进入圆轨道立即关闭A孔。已知摆线长L=2m,θ=53°,小球质量为m=0.5kg,D点与A孔的水平距离s=2m,g取10m/s2。(cos 53°=0.6)
(1) 小球从C运动到D的过程中重力做的功;
(2) 摆线能承受的最大拉力;
(3) 要使摆球能做完整的圆周运动,摆球与平面间的动摩擦因数μ需要满足的条件。
【答案】(1);(2)
;(3)
【详解】(1)摆球由到
过程
解得
(2)当摆球由到
运动,根据动能定理有
在点,由牛顿第二定律可得
解得
(3)若摆球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道,当摆球恰好到达最高点时,在圆周的最高点,由牛顿第二定律可得
由动能定理可得
解得
综上所述,动摩擦因数的范围
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