题目内容

10.如图所示,竖直平面内的两个半圆轨道,在B点平滑连接,两个半圆的圆心O1、O2在同一水平线上,小半圆(粗糙)半径为R,大半圆(光滑)半径为2R,一滑块从大的半圆一端A点以一定的初速度向上沿着半圆内壁运动,且刚好能通过大半圆的最高点,滑块从小半圆的左端向上运动,刚好能到达大半圆的最高点,大半圆内壁光滑,则(  )
A.滑块在A的初速度为$\sqrt{3gR}$
B.滑块在B点对小半圆的压力为6mg
C.滑块通过小半圆克服摩擦做的功力为mgR
D.增大滑块在A点的初速度,则滑块通过小半圆克服摩擦力做的功不变

分析 滑块恰好能通过大半圆的最高点,由重力提供向心力,由牛顿第二定律可求在在半圆最高点的速度,再由机械能守恒定律可求滑块在A的初速度;由牛顿第二、第三定律可求滑块在B点对小半圆的压力;根据动能定理求摩擦力做的功和分析正压力的变化情况,在分析摩擦力做功的变化情况.

解答 解:A、由于滑块恰好能通过大半圆的最高点,由重力提供向心力,即mg=m$\frac{{v}^{2}}{2R}$,解得:滑块在在半圆最高点的速度 v=$\sqrt{2gR}$
以AB面为参考面,根据机械能守恒定律可得:
   $\frac{1}{2}m{v}_{A}^{2}$=2mgR+$\frac{1}{2}$mv2,求得 vA=$\sqrt{6gR}$,故A错误;
B、由机械能守恒定律可知,滑块在B点时的速度大小等于在A的初速度,滑块在B点时,由牛顿第二定律得:F=m$\frac{{v}_{A}^{2}}{R}$=6mg,由牛顿第三定律知,滑块在B点对小半圆的压力为6mg,故B正确;
C.设滑块在O1点的速度为v′,则由v′2=2g•2R,得v′=$\sqrt{2g•2R}$=2$\sqrt{gR}$,在小半圆中运动过程中,根据动能定理得:-Wf=$\frac{1}{2}mv{′}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{A}^{2}$,解得,克服摩擦做的功 Wf=mgR,故C正确;
D.增大滑块在A点的初速度,则物块在小半圆中各个位置速度都增大,物块对半圆轨道的压力增大,滑动摩擦力增大,因此克服摩擦力做的功增多,故D错误.
故选:BC

点评 解决本题的关键知道在最高点的临界情况:重力等于向心力,运用牛顿第二定律和机械能守恒进行求解.要注意滑动摩擦力与正压力的大小成正比.

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