题目内容

20.如图所示,粗糙水平地面上有一压缩并锁定的弹簧,弹簧左端固定于竖直墙壁上,右端与一质量为m=0.1kg的小物块A(可视为质点)接触但不连接,光滑的固定圆周轨道MP与地面相切于M点,P点为轨道的最高点.现解除弹簧锁定,弹簧将小物块A推出,A沿粗糙水平地面运动,之后沿圆周轨道运动并恰能通过P点.已知A与地面间的动摩擦因数为μ=0.25,最初A与M点的距离L=2m,圆周轨道半径R=0.4m,g取10m/s2,空气阻力不计.求:
(1)小滑块到达P 点时的速度大小;
(2)弹簧弹力对滑块所做的功.

分析 (1)小物块沿圆周轨道运动并恰能通过P点,说明在P点小物块受到的重力恰好提供向心力;
(2)整个的过程中重力、摩擦力和弹簧做功,小物块的动能增大.根据动能定理即可求得弹簧做功;

解答 解:(1)设小物块A到达圆周轨道最高点P时的速度为vp,由题意有:$mg=m\frac{v_p^2}{R}$①
解得:vp=2m/s②
(2)从解除锁定到物块滑至最高点P的过程中,由动能定理有:${W_弹}-μmgL-2mgR=\frac{1}{2}mv_p^2$③
解得:W=1.5J④
答:(1)小滑块到达P点时的速度大小为2m/s;
(2)弹簧弹力对滑块所做的功为1.5J.

点评 该题将动能定理与竖直平面内的圆周运动结合起来,运动情景的设置比较经典,使用的公式都是常规的一些公式.该类题目要注意对运动过程的分析.

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