题目内容

5.如图所示小球沿水平面通过O点进入半径为R的半圆弧轨道后恰能通过最高点P,然后落回水平面,不计一切阻力,下列说法正确的是(  )
A.小球落地点离O点的水平距离为$\sqrt{2}$R
B.小球落地点时的动能为 $\frac{5mgR}{2}$
C.小球落回水平面时重力的瞬时功率为2mg$\sqrt{gR}$
D.若将半圆弧轨道上部的 $\frac{1}{4}$ 圆弧截去,其他条件不变,则小球能达到的最大高度比P点高1.5R

分析 小球恰能通过圆弧最高点P,重力恰好提供向心力,可由牛顿第二定律先求出小球通过最高点的速度,小球离开最高点后做平抛运动,可由动能定理求解落地速度,将半圆弧轨道上部的 $\frac{1}{4}$ 圆弧截去,同样可以用动能定理求解最大高度.

解答 解:A、小球恰好通过最高点P,在P点,由重力恰好提供向心力,则有
   mg=m$\frac{{v}_{P}^{2}}{R}$
解得 vP=$\sqrt{gR}$
小球离开最高点后做平抛运动,则有
  2R=$\frac{1}{2}$gt2
  x=vt
解得,小球落地点离O点的水平距离 x=2R,故A错误;
B、小球平抛过程,由动能定理得:
    mg(2R)=Ek-$\frac{1}{2}m{v}_{P}^{2}$
解得小球落地点时的动能 Ek=$\frac{5mgR}{2}$,故B正确;
C、小球落回水平面时重力的瞬时功率为 P=mgvy=mg$\sqrt{2g•2R}$=2mg$\sqrt{gR}$,故C正确;
D、根据机械能守恒定律可知,小球通过O点的动能等于小球落地点时的动能.
若将半圆弧轨道上部的 $\frac{1}{4}$ 圆弧截去,小球到达最高点时的速度为零,从O到最高点的过程,由动能定理得:
-mg(R+h)=0-Ek
解得 h=1.5R,所以小球能达到的最大高度比P点高1.5R-R=0.5R,故D错误;
故选:BC

点评 本题关键分析清楚物体的运动过程,然后结合平抛运动和动能定理的相关知识进行研究.要注意小球运动过程中,只有重力做功,机械能是守恒的,也要灵活运用.

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