题目内容

14.如图,第一次,小球从粗糙的$\frac{1}{4}$圆形轨道顶端A由静止滑下,到达底端B的速度为v1,克服摩擦力做功为W1;第二次,同一小球从底端B以v2冲上圆形轨道,恰好能到达A点,克服摩擦力做功为W2,则(  )
A.v1可能等于v2
B.W1一定小于W2
C.小球第一次运动机械能变大了
D.小球第一次经过圆弧某点C的速率小于它第二次经过同一点C的速率

分析 对小球从A到B和从B到A的两个过程分别列式,可比较经过B点时速度大小.分析小球向下和向上运动时经过轨道上同一点时所受支持力的大小,分析比较出滑动摩擦力的大小,即可分析克服摩擦力做功的大小,根据特殊位置分析小球第一次经过圆弧某点C的速率和它第二次经过同一点C的速率大小.

解答 解:A、从A下滑到B根据动能定理可得:mgR-W1=$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}$,从B上滑到A根据动能定理可得:-mgR-W2=0-$\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}$,可得 v1<v2.故A错误;
B、小球经过轨道上同一点时,上滑时的速度大于下滑时的速度,上滑时所需要的向心力大于下滑时所需要的向心力,而向心力是由轨道的支持力和重力垂直于轨道的分力的合力提供,所以上滑时所受的支持力大于下滑时所受的支持力,则同一点上滑时所受的摩擦力大于下滑时所受的摩擦力,而上滑与下滑两个过程路程相等,所以有W1<W2.故B错误.
C、小球的两次运动,都有阻力做负功,机械能都减小了,故C错误;
D、取特殊位置,如果C点在最低点B,则小球第一次经过圆弧某点C的速率小于它第二次经过同一点C的速率,故D错误;
故选:BD.

点评 本题考查了动能定理、向心力的基本运用,运用动能定理要灵活选择研究的过程,根据向心力分析支持力的关系,注意判断不同过程中克服摩擦力做功的关系.

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