浅谈“伽利略理想斜面实验”

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图3小球从更高的高度处下滑才能到达与A点等高的高度。
由机械能守恒定律有mgh3= mgh1+ 。
得h3=h1+ (3)
把小球在最高点的运动看成是一个半径为 的圆周运动,此时重力提供小球做圆周运动的向心力,
有mg = m
得 = (4)
把(4)代入(3)得
h3= h1+
所以,小球必须从h3= h1+ 的地方开始向下运动,小球才能到达与A点等高的 处。
结论:通过对伽利略理想斜面实验的分析,在没有摩擦力的情况下,不管另一个斜面是多么长多么凹凸不平,小球能沿着一个斜面滑到等高的另一个斜面。但是,它的另一个斜面的某个部分一定不能有倾角大于900的情况出现。否则,伽利略理想斜面实验是不正确的。
在伽利略理想斜面实验中说到,在没有摩擦力的情况下,小球从左斜面A点沿斜面向下运动,向下的速度会越来越快;随后小球沿右斜面CD向上运动,速度会越来越慢,但小球会到达与左斜面的A点等高的高度。减小右斜面的倾角θ,例如变成斜面CE,虽然小球在CE上运动的长度变长了,但小球仍能够到达与左斜面A点等高的高度。如果右斜面变成水平面CF,由于小球不能到达与左斜面的A点等高的高度,小球将永远运动下去。
图1伽利略理想斜面实验
在伽利略理想斜面实验中,只要右斜面不是水平的,在高度上,小球都能到达与原来等高的高度。但是,如果右斜面变成CM的形状,它的有一部分出现了与右水平面的夹角θ>900,如图2所示,小球上升到的最高点G与A点将不再等高。
图2小球上升到的最高点G与A点不等高。
出现这种情况的原因是,如果右斜面CM的一部分存在着与右水平面的夹角θ>900,小球在靠近最高点时的运动轨迹近视为一个半径为R的圆弧,小球在最高点时的速度v不可能为零,那么小球在它的最高点处存在一个动能。由机械能守恒定律有,小球在左斜面A点的重力势能mgh1等于小球在右斜面最高点的重力势能mgh2和动能 之和,因为小球在右斜面的最高点处存在着一个动能,所以小球在左斜面的重力势能大于小球在右斜面的重力势能,所以小球不能到达与左斜面等高的A点。
由机械能守恒定律有mgh1= mgh2+ 。
得h2=h1- (1)
如果把小球在最高点的运动看成是一个半径为R的圆周运动,此时重力提供小球做圆周运动的向心力,
有mg = m ,
得 = ,(2)
把(2)代入(1)得
h2= h1-
所以,小球只能到达h2= h1- 处。
如果小球想要到达与A点等高的高度 处,小球在最高点附近做圆周运动的轨道半径为 ,小球应从多高的h3处开始运动呢?如图3所示。
浅谈“伽利略理想斜面实验”
刘德江
摘要:运用斜面实验和动能定理的分析,在斜面倾角大于900的情况下,小球只能到达右斜面h2= h1- ,如果小球要到达与左斜面等高的高度,小球必须从h3= h1+ 处滑下。
关紧词:斜面实验;倾角大于900度;不等高
人教版高一物理教材第四章第一节(教科版高一物理教材第三章第一节),在讲述牛顿第一定律时,为了说明运动
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