Question

2．如图所示，螺旋形光滑轨道竖直放置，P、Q为对应的轨道最高点，一个小球以一定速度沿轨道切线方向进入轨道，且能过轨道最高点P，则下列说法中正确的是（　　）

• A． 轨道对小球做正功，小球的线速度v_P＞v_Q
• B． 轨道对小球做负功，小球的角速度ω_P＜ω_Q
• C． 小球的向心加速度a_P＜a_Q
• D． 轨道对小球的压力F_P＜F_Q

Answer 1

分析 小球沿竖直放置的螺旋形光滑轨道运动，轨迹半径越来越小，做近心运动．由于支持力始终与速度方向垂直，所以支持力不做功，仅有重力做功下，小球的机械能守恒．再由向心力公式结合牛顿第二定律，可以确定小球的线速度、角速度、向心加速度及对轨道的压力大小．

解答 解：A、由于支持力始终与速度方向垂直，所以支持力不做功即轨道对小球不做功，仅有重力做功，小球机械能守恒．则P点的线速度小于Q点线速度，且P点的半径大于Q点的半径．所以小球通过P点的角速度小于通过Q点的．故A错误；B错误；
C、由于支持力始终与速度方向垂直，所以支持力不做功即轨道对小球不做功，仅有重力做功，小球机械能守恒．则P点的速度小于Q点速度，且P点的半径大于Q点的半径．所以小球在P点的向心加速度小于Q点的，故C正确；
D、由于支持力始终与速度方向垂直，所以支持力不做功即轨道对小球不做功，仅有重力做功，小球机械能守恒．则P点的速度小于Q点速度，且P点的半径大于Q点的半径．所以小球在P点的向心加速度小于Q点的，则小球在P点的向心力小于Q点的，而向心力是由重力与轨道对它的支持力提供，因此小球在P点的支持力小于Q点的，即小球对轨道的压力P点小于Q点的．故D正确；
故选：CD

点评 小球在竖直放置的螺旋形轨道运动，速度时大时小，原因是动能与重力势能在相互转化．当在水平放置的光滑的螺旋形轨道运动时，由于支持力始终不做功，因此速度大小不变，随着轨迹半径越来越小，导致小球的角速度越来越大，转动的越来越快．