题目内容

为了研究过山车的原理，某兴趣小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为37°、长为l = 2.0m的粗糙倾斜轨道AB，通过水平轨道BC与竖直圆轨道相连，出口为水平轨道DE，整个轨道除AB段以外都是光滑的。其AB与BC轨道以微小圆弧相接，如图所示．一个小物块以初速度v0＝4.0m/s从某一高处水平抛出，到A点时速度方向恰好沿AB方向，并沿倾斜轨道滑下．已知物块与倾斜轨道的动摩擦因数 μ = 0.50．（g＝10m/s2、sin37°＝ 0.60、cos37° ＝0.80）

⑴求小物块到达A点时速度。
⑵要使小物块不离开轨道，并从轨道DE滑出，求竖直圆弧轨道的半径应该满足什么条件？
⑶为了让小物块不离开轨道，并且能够滑回倾斜轨道AB，则竖直圆轨道的半径应该满足什么条件？

（1）5m/s（2）半径满足 R1 ≤ 0.66m（3）R2 ≥ 1.65m

解析试题分析：⑴小物块做平抛运动，经时间t到达A处时，令下落的高度为h，水平分速度v0，竖直速度为vy，小物块恰好沿斜面AB方向滑下，则tan37° = vy/ v0（2分）
得vy =" 3" m/s，所以小物块到A点的速度为5m/s（2分）
⑵物体落在斜面上后，受到斜面的摩擦力 f = μFN = μmgcos37°（2分）
设物块进入圆轨道到达最高点时有最小速度v1，此时物块受到的重力恰好提供向心力，令此时的半径为 R0，则mg = mv12/R0（2分）
物块从抛出到圆轨道最高点的过程中，根据动能定理有：
mg（h + lsin37° – 2R0） – μmgcos37°·l = mv12/2 – mv02/2. （2分）
联立上式，解得R0 = 0.66m （2分）
若物块从水平轨道 DE滑出，圆弧轨道的半径满足 R1 ≤ 0.66m（2分）
⑶为了让小物块不离开轨道，并且能够滑回倾斜轨道AB，则物块上升的高度须小于或于某个值R，则mg（h + lsin37°） – μmgcos37°·l – mgR =" 0" – mv02/2（2分）
解得R = 1.65m（2分）
物块能够滑回倾斜轨道 AB，则R2 ≥ 1.65m（1分）
考点：考查了平抛运动规律，动能定理的应用

练习册系列答案
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在变速运动中，物体的速度由0增加到v，再由v增加到2v，合外力做功分别为W和W，则W与W之比为

A．1：1B．1：2C．1：3D．1：4

（13分）如图所示，固定在水平地面上的工件，由AB和BD两部分组成，其中AB部分为光滑的圆弧，AOB=37o，圆弧的半径R=0．5m，圆心O点在B点正上方；BD部分水平，长度为0．2m，C为BD的中点。现有一质量m=lkg，可视为质点的物块从A端由静止释放，恰好能运动到D点。（g=10m/s2，sin37o=0．6，cos37o=0．8）求：

（1）为使物块恰好运动到C点静止，可以在物块运动到B点后，对它施加一竖直向下的恒力F，F应为多大?
（2）为使物块运动到C点时速度为零，也可先将BD部分以B为轴向上转动一锐角，应为多大?（假设B处有一小段的弧线平滑连接，物块经过B点时没有能量损失）
（3）接上一问，求物块在BD板上运动的总路程。

如图甲所示，A、B为两块靠得很近的平行金属板，板中央均有小孔．一束电子以初动能Ek = 120eV，从A板上的小孔O不断垂直于板射入A、B之间，在B板右侧，平行金属板的板长L = 2×10－2m，板间距离d = 4×10－3m，两板上所加电压为U2 = 20V．现在在A、B两板上加一个如图乙所示的变化电压U1，在t = 0到t = 2s时间内，A板电势高于B板，则在U1随时间变化的第一个周期内：

⑴ 电子在哪段时间内可以从B板小孔射出？
⑵ 在哪段时间内，电子能从偏转电场右侧飞出？（由于A、B两板距离很近，可以认为电子穿过A、B板间所用时间很短，可以不计电压变化）

如图a所示，质量m=1kg的物体静止在光滑的水平面上，t=0时刻，物体受到一个变力F作用，t=1s时，撤去力F，某时刻物体滑上倾角为37º的粗糙斜面；已知物体从开始运动到斜面最高点的v-t图像如图b所示，不计其他阻力，求：

（1）变力F做的功
（2）物体从斜面底端滑到最高点过程中克服摩擦力做功的平均功率
（3）物体回到出发点的动能

小物块A的质量为m=2kg，物块与坡道间的动摩擦因数为μ=0.6，水平面光滑；坡道顶端距水平面高度为h=1m，倾角为θ=370；物块从坡道进入水平滑道时，在底端O点处无机械能损失，将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定墙上，另一自由端恰位于坡道的底端O点，如图所示。物块A从坡顶由静止滑下，重力加速度为g=10m/s2求：

（1）物块滑到O点时的速度大小.
（2）弹簧为最大压缩量时的弹性势能.
（3）物块A被弹回到坡道上升的最大高度.

（14分）如图，倾角为θ的斜面固定在水平地面上（斜面底端与水平地面平滑连接），A点位于斜面底端，AB段斜面光滑，长度为s，BC段足够长，物体与BC段斜面、地面间的动摩擦因数均为μ。质量为m的物体在水平外力F的作用下，从A点由静止开始沿斜面向上运动，当运动到B点时撤去力F。求：

（1）物体上滑到B点时的速度vB；
（2）物体最后停止时距离A点的距离。

（12分）某校课外兴趣小组正在进行遥控电动小车性能测试，如图所示，AB段是粗糙的水平路面，长s＝7.5m，在AB段小车受到的阻力为车重的0.1倍；BCD是一段半径R＝4 m的光滑圆弧路面，最高点C, 圆心O，∠BOC=37°。若小车的质量为ｍ＝2kg，保持小车功率P=10W不变，自A点由静止开始运动，在AB段达到最大速度后，并保持此速度匀速运动到B点，这时，停止遥控（关闭小车上的电动机），而让小车继续沿光滑圆弧路面滑行。（不计小车经过B点时的能量损失，取g=10m/s2，已知sin37°=0.6；cos37°=0.8）。求：


（1）小车在AB段运动的最大速度大小；
（2）小车到达C点时速度的大小；
（3）小车在AB段运动的时间。

（14分）如图所示，绝缘水平面上的AB区域宽度为d，带正电、电量为q的小滑块以大小为v0的初速度从A点进入AB区域，当滑块运动至区域的中点C时，速度大小为，从此刻起在AB区域内加上一个水平向左的匀强电场，电场强度E保持不变，并且AB区域外始终不存在电场．

（1）求滑块受到的滑动摩擦力大小.
（2）若加电场后小滑块受到的电场力与滑动摩擦力大小相等，求滑块离开AB区域时的速度．
（3）要使小滑块在AB区域内运动的时间到达最长，电场强度E应满足什么条件？并求这种情况下滑块离开AB区域时的速度．

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