题目内容

18.如图所示,位于竖直面内的曲线轨道的最低点B的切线沿水平方向,且与一位于同一竖直面内、半径R=0.40m的光滑圆形轨道平滑连接.现有一质量m=0.10kg的滑块(可视为质点),从位于轨道上的A点由静止开始滑下,滑块经B点后恰好能通过圆形轨道的最高点C.已知A点到B点的高度h=1.5m,重力加速度g=10m/s2,空气阻力可忽略不计,求:
(1)滑块通过C点时的速度大小;
(2)滑块通过圆形轨道B点时受到轨道支持力的大小;
(3)滑块从A点滑至B点的过程中,克服摩擦阻力所做的功.

分析 (1)滑块经B点后恰好能通过圆形轨道的最高点C,即在C点滑块所受轨道的压力为零,根据牛顿第二定律求出滑块通过C点的速度.
(2)对B到C段研究,运用机械能守恒定律求出B点的速度,结合牛顿第二定律求出滑块在B点所受的支持力大小,从而求出滑块对轨道的压力.
(3)对A到B段运用动能定理,求出克服摩擦力做的功.

解答 解:(1)因滑块恰能通过C点,即在C点滑块所受轨道的压力为零,其只受到重力的作用.
设滑块在C点的速度大小为vC,根据牛顿第二定律,对滑块在C点有
  $mg=m\frac{v_C^2}{R}$①
所以vc=2m/s                        
(2)滑块从B到C,由动能定理$-mg•2R=\frac{1}{2}mv_C^2-\frac{1}{2}mv_B^2$③
解得vB=6m/s                        ④
滑块在B点受重力mg和轨道的支持力FN,根据牛顿第二定律有
  ${F_N}-mg=m\frac{v_B^2}{R}$⑤
由④⑤解得FN=6N                   
(3)从A到B,由动能定理$mg•h-{W_克}_f=\frac{1}{2}mv_B^2$⑦
由④⑦解得克服摩擦力做功Wf=0.5J      
答:答:(1)滑块通过C点时的速度大小为2m/s.
(2)滑块通过圆形轨道B点时对轨道的压力大小为6N.
(3)滑块从A点滑至B点的过程中,克服摩擦阻力所做的功0.5J

点评 本题综合考查了动能定理、机械能守恒定律和牛顿第二定律,综合性较强,难度不大,需加强这类题型的训练.

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