题目内容

8.如图,水平光滑轨道AB与半径为R=1.0m的竖直半圆形光滑轨道BC相切于B点.可视为质点的a、b两个小滑块质量ma=2kg,mb=1kg,原来静止于水平轨道A处两滑块在足够大的内力作用下突然分开,已知a、b两滑块分别沿AB轨道向左、右运动,va=3.5m/s,g取10m/s2.则
①小滑块b经过圆形轨道的B点时对轨道的压力.
②通过计算说明小滑块b能否到达圆形轨道的最高点C.

分析 ①根据动量守恒定律求出两滑块分离后b的速度,根据动能定理求出滑块到达B点的速度,结合牛顿第二定律求出支持力的大小,从而得出压力的大小.
②根据牛顿第二定律求出滑块在C点的最小速度,根据机械能守恒定律求出运动到C点的速度,从而进行比较,判断能否到达最高点.

解答 解:①系统的动量守恒,以向右为正方向,
由动量守恒定律得:mava-mbvb=0,
已知:ma=2mb=2kg,va=3.5m/s
解得:vb=7.0m/s,
在B点,由牛顿第二定律得:F-mbg=mb$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$,
解得:F=59N,由牛顿第二定律可知,压力:F′=F=59N,方向竖直向下;
②若小滑块b能到达圆轨道最高点,速度为vC
由机械能守恒得:$\frac{1}{2}$mbvB2=mbg•2R+$\frac{1}{2}$mbvC2,解得:vc=3.0m/s,
小物块b恰能过最高点的速度为v,则mbg=mb$\frac{{v}^{2}}{R}$,解得:v=$\sqrt{10}$m/s,
因vC<v,故小滑块b不能到达圆轨道最高点C.
答:①小滑块b经过圆形轨道的B点时对轨道的压力为59N,方向竖直向下.
②小滑块b不能到达圆轨道最高点C.

点评 本题综合考查了动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律和牛顿第二定律,关键是理清运动过程,选择合适的规律进行求解.

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