题目内容
【题目】如图,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平.一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道.质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小.用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功.则( )
A.W= mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离
B.W= mgR,质点恰好能到达Q点
C.质点再次经过N点时,对N点压力大于2mg
D.要使质点能到达Q点上方R处,应在P点上方2R处释放质点
【答案】A,C
【解析】解:AB、质点滑到轨道最低点N时,对轨道的压力为4mg,故由牛顿第二定律可得:
解得: ;
那么对质点从静止下落到N的过程应用动能定理可得: ;
由于摩擦力做负功,故质点在半圆轨道上相同高度时在NQ上的速度小于在PN上的速度,所以,质点对轨道的压力也较小,那么,摩擦力也较小,所以,质点从N到Q克服摩擦力做的功W1<W,所以,质点在Q的动能大于零,即质点到达Q点后,继续上升一段距离,故A正确,B错误;
C、由于摩擦力做负功,故质点在QN上运动,在同一位置时下滑速度小于上滑速度,所以,质点对轨道的压力也较小,那么,摩擦力也较小,所以,质点从Q到N克服摩擦力做的功W2<W1<W;所以,质点从静止到再次经过N点,克服摩擦力做功为:
故由动能定理可得: ;
所以,由牛顿第二定律可得质点受到的支持力为: ,故由牛顿第三定律可得:质点再次经过N点时,对N点压力大于2mg,故C正确;
D、要使质点能到达Q点上方R处,设在P点上方h处释放质点,那么由动能定理可得:mg(h﹣R)﹣W﹣W1=0,所以,h<2R,故D错误;
故选:AC.
【考点精析】认真审题,首先需要了解动能定理的综合应用(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).