Question

如圖所示的木板由傾斜部分和水平部分組成，兩部分之間由一段圓弧面相連接。在木板的中間有位于豎直面內(nèi)的光滑圓槽軌道，斜面的傾角為θ。現(xiàn)有10個(gè)質(zhì)量均為m、半徑均為r的均勻剛性球，在施加于1號球的水平外力F的作用下均靜止，力F與圓槽在同一豎直面內(nèi)，此時(shí)1號球球心距它在水平槽運(yùn)動(dòng)時(shí)的球心高度差為h�，F(xiàn)撤去力F使小球開始運(yùn)動(dòng)，直到所有小球均運(yùn)動(dòng)到水平槽內(nèi)。重力加速度為g。求：

 (1)水平外力F的大�。�

(2)1號球剛運(yùn)動(dòng)到水平槽時(shí)的速度；

(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，2號球?qū)?號球所做的功。

Answer 1

【解析】(1)以10個(gè)小球整體為研究對象，由力的平衡條件可得

                                                                    (2分)

得F=10mgtanθ                                                               (2分)

(2)以1號球?yàn)檠芯繉ο�，根�?jù)機(jī)械能守恒定律可得

mgh=                                                                      (2分)

得                                                                (2分)

(3)撤去水平外力F后，以10個(gè)小球整體為研究對象，利用機(jī)械能守恒定律可得

                                                   (3分)

得v=                                                            (2分)

以1號球?yàn)檠芯繉ο螅�由�?dòng)能定理得

mgh+W=                                                                    (2分)

得W=9mgrsinθ                                                               (1分)

答案：(1)10mgtanθ  (2)   (3)9mgrsinθ