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精英家教网【A第三、四类学校的学校做此题】如图所示,粗糙水平轨道AB与竖直平面内的光滑轨道BC在B处平滑连接,B、C分别为半圆轨道的最低点和最高点.一个质量m的小物体P被一根细线拴住放在水平轨道上,细线的左端固定在竖直墙壁上.在墙壁和P之间夹一根被压缩的轻弹簧,此时P到B点的距离为x0.物体P与水平轨道间的动摩擦因数为μ,半圆轨道半径为R.现将细线剪断,P被弹簧向右弹出后滑上半圆轨道,经过C点时,对轨道的压力为重力的一半.求:
(1)物体经过B点时受到圆形轨道的压力大小;
(2)线未剪断时弹簧的弹性势能.
分析:(1)根据P恰好能经过C点得出C速度,根据P从B到C的过程中机械能守恒求解经过B点时的速度,再运用牛顿第二定律求解经过B点时对轨道的压力.
(2)从剪断细线到P经过B点的过程中,由能量守恒求解.
解答:解:(1)在C点,由牛顿第二定律得:
mg+
1
2
mg=m
v
2
C
R
,
从B到C的过程中,由机械能守恒定律得:
1
2
mvB2=mg?2R+
1
2
mvC2,
在B点,由牛顿第二定律得:F-mg=m
v
2
B
R
,
解得:F=6.5mg;
(2)从释放到B点过程,由能量守恒定律得:
EP-μmgx=
1
2
mvB2,
解得:EP=μmgx+
11
4
mgR;
答:(1)物体经过B点时受到圆形轨道的压力大小为6.5mg;(2)线未剪断时弹簧的弹性势能为μmgx+
11
4
mgR.
点评:本题是能量守恒与牛顿运动定律的综合应用,来处理圆周运动问题.基础题.利用功能关系解题的优点在于不用分析复杂的运动过程,只关心初末状态即可,平时要加强训练深刻体会这一点.
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