Question

如圖所示，一水平圓盤繞過圓心的豎直軸轉動，圓盤邊緣有一質量m=1.0kg的小滑塊．當圓盤轉動的角速度達到某一數值時，滑塊從圓盤邊緣滑落，經光滑的過渡圓管進入軌道ABC．已知AB段斜面傾角為53°，BC段斜面傾角為37°，滑塊與圓盤及斜面間的動摩擦因數均為μ=0.5，A點離B點所在水平面的高度h=1.2m．滑塊在運動過程中始終未脫離軌道，不計在過渡圓管處和B點的機械能損失，最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力，取g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8
（1）若圓盤半徑R=0.2m，當圓盤的角速度多大時，滑塊從圓盤上滑落？
（2）若取圓盤所在平面為零勢能面，求滑塊到達B點時的機械能．
（3）從滑塊到達B點時起，經0.6s正好通過C點，求BC之間的距離．

Answer 1

解：（1）滑塊在圓盤上做圓周運動時，靜摩擦力充當向心力，根據牛頓第二定律，可得：μmg=m?²R
代入數據解得：
即當圓盤的角速度5rad/s時，滑塊從圓盤上滑落．
（2）滑塊在A點時的速度：v_A=?R=1m/s
從A到B的運動過程由動能定理：
在B點時的機械能
即滑塊到達B點時的機械能為-4J．
（3）滑塊在B點時的速度：v_B=4m/s
滑塊沿BC段向上運動時的加速度大�。篴₁=g（sin37°+μcos37°）=10m/s²
返回時的加速度大�。篴₂=g（sin37°-μcos37°）=2m/s²
BC間的距離：
即BC之間的距離為0.76m．
分析：（1）滑塊做勻速圓周運動，指向圓心的靜摩擦力力提供向心力，靜摩擦力隨著外力的增大而增大，當滑塊即將從圓盤上滑落時，靜摩擦力達到最大值，根據最大靜摩擦力等于向心力列式求解，可以求出滑塊即將滑落的臨界加速度；
（2）先根據動能定理求解出滑倒最低點時的動能，再根據機械能的表達式求解出機械能；
（3）對滑塊受力分析，分別求出向上滑行和向下滑行的加速度，然后根據運動學公式求解出BC間的距離．
點評：本題關鍵把物體的各個運動過程的受力情況和運動情況分析清楚，然后結合動能定理、牛頓第二定律和運動學公式求解．