题目内容

16.如图所示,一半径R=0.2m的竖直粗糙圆弧轨道与水平地面相接于B点,O为圆弧的圆心,O、C、D在同一竖直线上.在距水平地面高h=0.45m的粗糙水平台面上,一个质量m=1kg的小物块压缩轻质弹簧后被锁扣K锁住,弹簧储存的弹性势能E=16J,此时小物块离平台边缘上A点的距离x=4m.现打开锁扣K,物块与弹簧分离后以一定的水平速度向右滑离平台,并恰好从B点沿圆弧轨道切线方向滑入轨道,物块运动到圆弧轨道最高点D时对轨道恰好无作用力.物块与平台间的动摩擦因数μ=0.2,空气阻力不计,取g=10m/s2.求:
(1)物块到达A点时的速度大小VA,到达B点时的速度大小VB;
(2)物块从B点运动到D点过程中克服摩擦力所做的功W.

分析 (1)研究物体在平台上运动的过程,运用能量守恒定律可求得求出物块到达A点的速度.对A到B的过程运用机械能守恒定律,求出物块到达B点的速度.
(2)根据平抛运动的规律求出OB与OC的夹角.在D点,根据重力提供向心力求出D点的速度,对B到D的过程运用动能定理求出克服摩擦力所做的功W.

解答 解:(1)物体在平台上运动时,由能量守恒定律得:
  E=μmgx+$\frac{1}{2}m{v}_{A}^{2}$
代入数据解得:vA=4m/s.
从A点到B点,由机械能守恒定律得:
 mgh=$\frac{1}{2}$mvB2-$\frac{1}{2}$mvA2   
代入数据解得:vB=5m/s
(2)设OB与OC的夹角为θ,则:cosθ=$\frac{{v}_{A}}{{v}_{B}}$=$\frac{4}{5}$
小物块轨道最高点D时对轨道恰好无作用力,由重力提供向心力,由牛顿第二定律有:
  mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{R}$
从B点到D点,由动能定理得:
-mg(R+Rcosθ)-W=$\frac{1}{2}$mvD2-$\frac{1}{2}$mvB2
解得:W=7.9J
答:(1)物块到达A点时的速度大小VA是4m/s,到达B点时的速度大小VB是5m/s.
(2)物块从B点运动到D点过程中克服摩擦力所做的功W是7.9J.

点评 解决本题的关键要正确分析能量是如何转化的,明确运用动能定理解题时,要选择好研究的过程,分析过程中有哪些力做功.

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