题目内容
(1)求A点距水平面的高度h;
(2)假设小车在竖直圆轨道左、右半圆轨道部分克服摩擦阻力做的功相等,求小车第二次经过竖直圆轨道最低点时的速度大小.
分析:(1)设第一次小车运动到B点的速度大小为vB,根据牛顿第二定律及牛顿第三定律求出B点速度,小车从A点运动到B点的过程机械能守恒,以B点位置为重力势能零点,求出高度;
(2)设小车在圆轨道最高点的速度为vC,重力提供向心力,此时根据向心力公式求出C点速度,设小车在右半圆轨道上克服阻力做功Wf,对小车从B点运动到C的点过程,根据动能定理求出Wf,对小车从B点运动到C点再回到B点的过程,根据动能定理列式即可求解.
(2)设小车在圆轨道最高点的速度为vC,重力提供向心力,此时根据向心力公式求出C点速度,设小车在右半圆轨道上克服阻力做功Wf,对小车从B点运动到C的点过程,根据动能定理求出Wf,对小车从B点运动到C点再回到B点的过程,根据动能定理列式即可求解.
解答:解:(1)设第一次小车运动到B点的速度大小为vB,受到的支持力为N,根据牛顿第二定律:
N-mg=m
依题意和牛顿第三定律:
N=7mg
解得 vB=
小车从A点运动到B点的过程机械能守恒,以B点位置为重力势能零点,则有:
mgh=
mvB2
解得 h=3R
(2)设小车在圆轨道最高点的速度为vC,重力提供向心力,此时根据向心力公式有:
mg=m
解得:vc=
设小车在右半圆轨道上克服阻力做功Wf,对小车从B点运动到C的点过程,根据动能定理有
-mg2R-Wf=
mvC2-
mvB2
解得 Wf=
mgR
设小车第二次经过B点时的速度为v′,对小车从B点运动到C点再回到B点的过程,根据动能定理有:
-2Wf=
mv′ 2-
mvB2
解得v′=2
答:(1)A点距水平面的高度h为3R;
(2)小车第二次经过竖直圆轨道最低点时的速度大小为2
.
N-mg=m
| vB2 |
| R |
依题意和牛顿第三定律:
N=7mg
解得 vB=
| 6Rg |
小车从A点运动到B点的过程机械能守恒,以B点位置为重力势能零点,则有:
mgh=
| 1 |
| 2 |
解得 h=3R
(2)设小车在圆轨道最高点的速度为vC,重力提供向心力,此时根据向心力公式有:
mg=m
| vC2 |
| R |
解得:vc=
| Rg |
设小车在右半圆轨道上克服阻力做功Wf,对小车从B点运动到C的点过程,根据动能定理有
-mg2R-Wf=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得 Wf=
| 1 |
| 2 |
设小车第二次经过B点时的速度为v′,对小车从B点运动到C点再回到B点的过程,根据动能定理有:
-2Wf=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得v′=2
| Rg |
答:(1)A点距水平面的高度h为3R;
(2)小车第二次经过竖直圆轨道最低点时的速度大小为2
| Rg |
点评:涉及力在空间的效应,要优先考虑动能定理.对于圆周运动,涉及力的问题,往往根据向心力进行分析处理.难度适中.
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