题目内容

【题目】如图所示,半径分别为R、2R的半圆轨道BC和AB固定在竖直面内,在轨道最高点B点平滑连接,两半圆的圆心在同一竖直线上,半圆轨道AB在最低点A与水平轨道平滑连接,质量为m的物块放在P点,P、A间的距离为4R,用水平向右的恒力拉物块,当物块运动到轨道上与C点等高的D点时,撤去拉力,结果物块刚好能通过轨道最高点B点,重力加速度为g,物块与水平面间的动摩擦因数为0.5,两个半圆轨道光滑,不计物块的大小,求:

(1)水平拉力的大小;

(2)物块从C点抛出后落到圆弧轨道上时,动能的大小。

【答案】(1) (2)3.32mgR

【解析】

(1)设水平拉力为F,设物体到B点时速度大小为v1,从P到B的过程根据动能定理有:

在B点由牛顿第二定律得:

解得:,

(2)设物块运动到C点时速度大小为v2,由B到C根据机械能守恒有:

解得:

物块从C点抛出后,做平抛运动,以C点为坐标原点,建立如图所示的坐标系,

设物块落到圆弧面上的位置坐标为(x,y)则

x=v2t

x2+y2=(2R)2

解得:

此过程物块下落的高度:

设物块落到圆弧面上时动能大小为Ek,根据动能定理有:

解得:Ek=3.32mgR

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