题目内容

【题目】如图,在竖直平面内有一固定光滑轨道,其中AB是长为R的水平直轨道,BCD是圆心为O、半径为R的 圆弧轨道,两轨道相切于B点.在外力作用下,一小球从A点由静止开始做匀加速直线运动,到达B点时撤除外力.已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点C,重力加速度大小为g.求:

(1)小球从在AB段运动的加速度的大小;
(2)小球从D点运动到A点所用的时间.

【答案】
(1)

解:小滑块恰好通过最高点,则有:mg=m

解得:

从B到C的过程中运用动能定理得:

=﹣mg2R

解得:vB=

根据位移速度公式得:2aR=

解得:a=


(2)

解:从C到D的过程中运用动能定理得:

=mgR

解得:

小球离开D点做加速度为g的匀加速直线运动,根据位移时间公式得:

R=

解得:t=


【解析】(1)物体恰好通过最高点,意味着在最高点是轨道对滑块的压力为0,即重力恰好提供向心力,这样我们可以求出C点速度,从B到C的过程中运用动能定理求出B点速度,根据匀加速直线运动位移速度公式即可求解加速度;(2)小球离开D点做加速度为g的匀加速直线运动,根据位移时间公式即可求解时间.
【考点精析】利用向心力和动能定理的综合应用对题目进行判断即可得到答案,需要熟知向心力总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小;向心力是根据力的效果命名的.在分析做圆周运动的质点受力情况时,千万不可在物体受力之外再添加一个向心力;应用动能定理只考虑初、末状态,没有守恒条件的限制,也不受力的性质和物理过程的变化的影响.所以,凡涉及力和位移,而不涉及力的作用时间的动力学问题,都可以用动能定理分析和解答,而且一般都比用牛顿运动定律和机械能守恒定律简捷.

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