题目内容
【题目】如图所示,在光滑水平面AB与竖直平面内的半圆形导轨(轨道半径为R)在B点平滑连接,质量为m的小物块静止在A处,小物块立即获得一个向右的初速度,当它经过半圆形轨道的最低点B点时,对导轨的压力为其重力的9倍,之后沿轨道运动恰能通过半圆形轨道的最高点C点,重力加速度为g,求:
(1)小物块的初动能.
(2)小物块从B点到C点克服摩擦力做的功.
【答案】
(1)解:小物块经过半圆形轨道的最低点B点时,对导轨的压力为其重力的9倍,故由牛顿第二定律可得: ;
又有小物块在AB上运动,合外力为零,物块做匀速直线运动,故动能不变,所以,小物块的初动能 ;
答:小物块的初动能为4mgR.
(2)解:小物块恰能通过半圆形轨道的最高点C点,故对小物块在C点应用牛顿第二定律可得: ;
物块从B到C的运动过程,只有重力、摩擦力做功,故由动能定理可得: ;
所以, ,故小物块从B点到C点克服摩擦力做的功为 ;
答:小物块从B点到C点克服摩擦力做的功为 .
【解析】(1)由牛顿第二定律求得物块在B点的速度,然后根据物块从A到B做匀速直线运动,故动能不变来求解;(2)根据牛顿第二定律求得物块在C点的速度,然后对B到C的运动过程应用动能定理即可求解.
【考点精析】解答此题的关键在于理解动能定理的综合应用的相关知识,掌握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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