(2011?西湖區(qū)模擬)如圖所示,半徑R=2m的四分之一粗糙圓弧軌道AB置于豎直平面內(nèi),軌道的B端切線水平,且距水平地面高度為h=1.25m,現(xiàn)將一質(zhì)量m=0.2kg的小滑塊從A點(diǎn)由靜止釋放,滑塊沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)以v=5m/s的速度水平飛出(g取10m/s2).求:
(1)小滑塊沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受摩擦力做的功;
(2)小滑塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)對(duì)圓軌道的壓力大;
(3)小滑塊著地時(shí)的速度大小.
分析:分析滑塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,應(yīng)用動(dòng)能定理研究A點(diǎn)到B點(diǎn),求出摩擦力做功.
對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析,找出向心力的來(lái)源,根據(jù)牛頓第二定律列出等式解決問(wèn)題.
根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出平拋的末速度.
解答:解:(1)設(shè)小滑塊沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受摩擦力做的功為Wf,應(yīng)用動(dòng)能定理研究A點(diǎn)到B點(diǎn)有:
mgR+Wf=
1
2
mv2
解得Wf=-1.5J.
(2)對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行受力分析,設(shè)軌道對(duì)滑塊的支持力為N,由牛頓第二定律有:
N-mg=m
v2
R

解得N=4.5N             
由牛頓第三定律知滑塊對(duì)B的壓力為4.5N,方向豎直向下.
(3)滑塊過(guò)B點(diǎn)后作平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)著地時(shí)豎直速度為vy
根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有:
豎直方向末速度vy=
2gh
=5m/s
所以v=
v2+
v
2
y
=5
2
m/s
答:(1)小滑塊沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受摩擦力做的功為-1.5J;
(2)小滑塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)對(duì)圓軌道的壓力大小為4.5N;
(3)小滑塊著地時(shí)的速度大小是5
2
m/s.
點(diǎn)評(píng):動(dòng)能定理的優(yōu)點(diǎn)在于適用任何運(yùn)動(dòng)包括曲線運(yùn)動(dòng).
動(dòng)能定理的應(yīng)用范圍很廣,可以求速度、力、功等物理量,特別是可以去求變力功.
對(duì)于第3問(wèn),我們也可以運(yùn)用動(dòng)能定理求解.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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