题目内容
17.如图所示,为一传送装置,其中AB段粗糙,AB段长为L=0.2m,动摩擦因数μ=0.6,BC、DEN段均可视为光滑,且BC的始、末端均水平,具有h=0.1m的高度差,DEN是半径为r=0.4m的半圆形轨道,其直径DN沿竖直方向,C位于DN竖直线上,CD间的距离恰能让小球自由通过.在左端竖直墙上固定有一轻质弹簧,现有一可视为质点的小球,小球质量m=0.2kg,压缩轻质弹簧至A点后由静止释放(小球和弹簧不粘连),小球刚好能沿DEN轨道滑下.求:(1)小球刚好能通过D点时速度的大小;
(2)小球到达N点时速度的大小,对轨道的压力;
(3)压缩的弹簧所具有的弹性势能.
分析 (1)小球恰好通过D点,由牛顿第二定律求出D点的速度.
(2)从D到N由机械能守恒定律求出到达N点的速度,由牛顿运动定律求小球到达N点时速度的大小对轨道的压力.
(3)从A到C的过程中,由动能定理求出弹簧具有的弹性势能.
解答 解:(1)小球刚好能沿DEN轨道滑下,则在半圆最高点D点必有:
mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{r}$
则 vD=$\sqrt{gr}$=2m/s
(2)从D点到N点,由机械能守恒得:$\frac{1}{2}$mvD2+mg•2r=$\frac{1}{2}$mvN2
代入数据得:vN=2$\sqrt{5}$m/s.
在N点有:N-mg=m$\frac{{v}_{N}^{2}}{r}$
得 N=6mg=12N
根据牛顿第三定律知,小球到达N点时对轨道的压力大小为12N.
(3)弹簧推开小球的过程中,弹簧对小球所做的功W等于弹簧所具有的弹性势能Ep,根据动能定理得
W-μmgL+mgh=$\frac{1}{2}$mvD2-0
W=μmgL-mgh+$\frac{1}{2}$mvD2=0.44J
即压缩的弹簧所具有的弹性势能为0.44J.
答:
(1)小球到达D点时的速度为2m/s;
(2)小球到达N点时速度的大小是2$\sqrt{5}$m/s,对轨道的压力是12N;
(3)压缩的弹簧所具有的弹性势能为0.44J.
点评 本题综合考查了牛顿定律、动能定理和向心力知识的运用,关键要把握D点的临界速度,掌握每个过程的规律.
练习册系列答案
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8.
如图所示,一无限长直导线通有恒定电流,有一圆形线圈与其共面,则线圈在靠近直导线的过程中,通过线圈的磁通量将( )
| A. | 增大 | B. | 减小 | ||
| C. | 不变 | D. | 由于条件不足,无法确定变化情况 |
5.
截面为直角三角形的木块A质量为M,放在倾角为θ的斜面上,当θ=37°时,木块恰能静止在斜面上,如图甲.现将θ改为30°,在A与斜面间放一质量为m的光滑圆柱体B,如图乙,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,则( )
| A. | A、B仍一定静止于斜面上 | |
| B. | 若M=2m,则A受到斜面的摩擦力为$\frac{3}{2}$mg | |
| C. | 若M=4m,则A受到斜面的摩擦力为$\frac{5}{2}$mg | |
| D. | 以上说法都不对 |
6.
如图所示,粗糙且绝缘的斜面体ABC在水平地面上始终静止.在斜面体AB边上靠近B点固定一点电荷,从A点无初速释放带负电且电荷量保持不变的小物块(视为质点),运动到P点时速度恰为零.则小物块从A到P运动的过程( )
| A. | 水平地面对斜面体没有静摩擦作用力 | |
| B. | 小物块的电势能先增大后减小 | |
| C. | 小物块所受到的合外力一直减小 | |
| D. | 小物块损失的机械能大于增加的电势能 |