Question

（2007?山东）如图所示，一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动，圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块．当圆盘转动

（2007?山东）如图所示，一水平圆盘绕过圆心的竖直轴转动，圆盘边缘有一质量m=1.0kg的小滑块．当圆盘转动的角速度达到某一数值时，滑块从圆盘边缘滑落，经光滑的过渡圆管进入轨道ABC．已知AB段斜面倾角为53°，BC段斜面倾角为37°，滑块与圆盘及斜面间的动摩擦因数均为μ=0.5，A点离B点所在水平面的高度h=1.2m．滑块在运动过程中始终未脱离轨道，不计在过渡圆管处和B点的机械能损失，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8 （1）若圆盘半径R=0.2m，当圆盘的角速度多大时，滑块从圆盘上滑落？（2）若取圆盘所在平面为零势能面，求滑块到达B点时的机械能．（3）从滑块到达B点时起，经0.6s正好通过C点，求BC之间的距离．

Answer 1

（1）滑块在圆盘上做圆周运动时，静摩擦力充当向心力，根据牛顿第二定律，可得：μmg=m?²R
代入数据解得：?＝

μg R

＝5rad/s
即当圆盘的角速度5rad/s时，滑块从圆盘上滑落．
（2）滑块在A点时的速度：v_A=?R=1m/s
从A到B的运动过程由动能定理：mgh?μmgcos53°?

h

sin53°

＝

1

2

m

v

2 B

?

1

2

m

v

2 A

在B点时的机械能EB＝

1

2

m

v

2 B

?mgh＝?4J
即滑块到达B点时的机械能为-4J．
（3）滑块在B点时的速度：v_B=4m/s
滑块沿BC段向上运动时的加速度大小：a₁=g（sin37°+μcos37°）=10m/s²
返回时的加速度大小：a₂=g（sin37°-μcos37°）=2m/s²
BC间的距离：SBC＝

v 2 B

2a1

?

1

2

a2(t?

vB

a1

)＝0.76m
即BC之间的距离为0.76m．