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高中物理
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综合题
1.
(2022·金华模拟)
如图所示,小明设计的游戏装置,由光滑平台、倾斜粗糙直轨道
、竖直圆管道
(管道口径远小于管道半径)、水平粗糙直轨道平滑连接组成。其中平台左侧周定一弹簧,倾斜直轨道
与圆管道相切于B点,水平直轨道与圆管道相切于
点(C和
略错开)。小滑块与倾斜直轨道
及水平直轨道间的动摩擦因数均为
,
斜轨道倾角
,
长度
。小滑块从B点进入管道内,当小滑块沿管道内靠近圆心O的内侧运动时有摩擦,沿管道外侧运动时无摩擦,管道半径为
。第一次压缩弹簧后释放小滑块,A点上方挡片可以让小滑块无速度损失地进入
段,恰好可以运动到与管道圆心等高的D点。第二次压缩弹簧使弹性势能为
时释放小滑块,小滑块运动到圆管道最高处E的速度为
。已知小滑块质量
, 可视为质点,已知
,
。
(1) 求第一次压缩弹簧释放小滑块后,第一次运动到C点时对轨道的压力;
(2) 求第二次压缩弹簧释放小滑块后,运动到E点的过程,小滑块在圆管道内所受摩擦力做的功;
(3) 若第三次压缩弹簧使弹性势能为
时释放小滑块,通过计算判断小滑块在圆管道内运动是否受到摩擦力。小滑块在水平直轨道上距离
为x处的速度为
, 求
与x之间的关系式。
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