如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点.水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形

如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点.水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角135°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离也是R.用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点.用同种材料、质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点释放,物块过B点后其位移与时间的关系为x=6t-2t2,物块飞离桌面后由P点沿切线落入圆轨道.g=10m/s2,求:

(1)物块过D点时的速度
(2)BD间的水平距离.
(3)判断m2能否沿圆轨道到达M点.
(4)释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功.
小微在ll 1年前 已收到1个回答 举报

tjyshy 幼苗

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解题思路:(1)物块离开D后做平抛运动,应用平抛运动规律可以求出到达D点的速度.
(2)由匀变速直线运动的速度位移公式可以求出位移.
(3)应用动能定理与牛顿第二定律判断能否到达M点.
(4)应用动能定理与能量守恒定律可以求出克服摩擦力做功.

(1)设物块块由D点以初速vD做平抛,落到P点时其竖直速度为:
vy=
2gR,
tan45°=
vy
vD,
代入数据解得:vD=4m/s;
(2)由x=6t-2t2可知,物块在桌面上过B点后初速为:v0=6m/s,加速度大小为:a=4m/s2
由速度位移公式得,BD间位移:s1=

v20−
v2D
2a,
代入数据解得:s1=2.5m;
(3)若物块能沿轨道到达M点,其速度为vM
由动能定理得:-

2
2m2gR=[1/2]m2vM2-[1/2]m2vD2
轨道对物块的压力为FN,由牛顿第二定律得:FN+m2g=m2

v2M
R,
代入数据解得:FN=(1-
2)m2g<0,物块不能到达M点;
(4)设弹簧长为AC时的弹性势能为EP,物块与桌面间的动摩擦因数为μ,
由动能定理得:
释放m1时,EP=μm1gsCB
释放m2时,EP=μm2gsCB+[1/2]m2v02
解得:m1=2m2,EP=m2v02=7.2J,
m2在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为Wf
由能量守恒定律得:EP-Wf=[1/2]m2vD2
代入数据解得:Wf=5.6J;
答:(1)物块过D点时的速度为4m/s;
(2)BD间的水平距离为2.5m.
(3)m2不能沿圆轨道到达M点.
(4)释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功为5.6J.

点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律;向心力.

考点点评: 本题考查了求速度、位移、功等问题,物体运动过程复杂,分析清楚物体运动过程是正确解题的前提与关键,应用平抛运动规律、牛顿第二定律、动能定理即可正确解题.

1年前

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