题目内容
1.(1)如果导轨是光滑的,求圆环到达D点时的速度大小和导轨对圆环的作用力的大小;
(2)如果导轨是粗糙的,圆环与导轨间的动摩擦因数为μ,已知圆环运动到D点时恰好只有向心加速度,求圆环由C点运动到D点过程中克服摩擦力做的功.
分析 (1)从C到D过程,由机械能守恒定律可以求出圆环到达D点时的速度;圆环做圆周运动,由牛顿第二定律可以求出在D点导轨对圆环的作用力.
(2)如果导轨是粗糙的,圆环运动到D点时恰好只有向心加速度,没有切向加速度,根据向心力公式和切向合力为零分别列式,求出D点的速度,再由动能定理求圆环由C点运动到D点过程中克服摩擦力做的功.
解答
解:(1)如图所示,由几何知识得,圆环在C点、D点时,弹性绳形变量相同,弹性势能相等.
圆环从C到D过程中,由机械能守恒定律得:mgh=$\frac{1}{2}$mv2
由几何关系可知:h=$\frac{1}{2}$R
解得:v=$\sqrt{gR}$;
圆环在D点受力如图,弹性绳的弹力:F=kx,其中:x=($\sqrt{3}$-1)R
在D点,由牛顿第二定律得:
FN+Fcos60°+Fsin60°-mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得:FN=$\frac{15}{8}$mg;
(2)设圆环运动到D点的速度为vD.
据题在D点切向合力为零,则有:
f+Fcos60°=Fsin60°
且Fcos60°+Fsin60°+FN-mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{R}$
又 f=μFN
从C到D,由动能定理得:mgh-Wf=$\frac{1}{2}$mvD2
联立以上四式解得:Wf=$\frac{11-2\sqrt{3}}{16}$mgR
答:
(1)圆环到达D点时的速度大小是$\sqrt{gR}$;导轨对圆环的作用力的大小是$\frac{15}{8}$mg;
(2)圆环由C点运动到D点过程中克服摩擦力做的功是$\frac{11-2\sqrt{3}}{16}$mgR.
点评 本题考查了求圆环的速率、轨道对圆环的作用力,应用机械能守恒定律与牛顿第二定律即可正确解题;本题的难点,也是本题解题的关键是:应用数学知识气促C、D两点间的高度差、求出弹性绳的形变量.
| A. | 该卫星运行时的向心力大小为$\frac{mg}{n}$ | |
| B. | 该卫星运行时的向心加速度大小是地球表面重力加速度大小的$\frac{1}{n}$ | |
| C. | 该卫星绕地球一周的时间为2π$\sqrt{\frac{{n}^{3}R}{g}}$ | |
| D. | 该卫星的运行速度大小是第一宇宙速度大小的$\sqrt{n}$倍 |
| A. | 应串联一个1 800Ω的电阻 | B. | 应并联一个0.1Ω的电阻 | ||
| C. | 应串联一个0.1Ω的电阻 | D. | 应并联一个1 800Ω的电阻 |
| A. | M端在先 | B. | N端在先 | C. | 同时 | D. | 不确定 |
| A. | 考虑空气阻力,当人处如图乙所示的状态向右匀速运动时,脚所受摩擦力为左 | |
| B. | 不计空气阻力,当人处如图乙所示的状态向右加速运动时,脚所受摩擦力向右 | |
| C. | 考虑空气阻力,当人处如图丙所示的状态向右匀速运动时,脚所受摩擦力可能为零 | |
| D. | 不计空气阻力,当人处如图丙所示的状态向右加速运动时,脚所受摩擦力可能为零 |
| A. | 当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压升高 | |
| B. | 当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压降低 | |
| C. | 当仅增大R2的阻值时,A、B之间的电压升高 | |
| D. | 当仅减少R2的阻值时,A、B之间的电压降低 |