题目内容
如图所示,在竖直面内有一光滑水平直轨道与半径为R=0.25m的光滑半圆形轨道在半圆的一个端点B相切,半圆轨道的另一端点为C。在直轨道上距B为x(m)的A点,有一可看做质点、质量为m=0.1kg的小物块处于静止状态。现用水平恒力将小物块推到B处后撤去恒力,小物块沿半圆轨道运动到C处后,恰好落回到水平面上的A点,取g=10m/s2。求
(1)水平恒力对小物块做功W与x的关系式;
(2)水平恒力做功的最小值;
(3)水平恒力的最小值。
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(1)设小球在C处的速度为vC,则由C平抛到A
x=vCt
y=2R=
gt2 2分
由以上两式得vC2=
1分
小球从A到C有WF-2mgR=
mvC2 2分
解得WF=mg(2R+
)=(0.5x2+0.5)J 1分
(2)当WF最小时,物块刚好能够通过C点,此时mvC2/R=/mg (请见反面)
由C到A仍做平抛运动,所以vC2=
仍成立
由以上两式:x=2R 2分
代入公式可求得恒力做功的最小值为
WFmin=(0.5+0.5×4×0.252)J=0.625J 2分
(3)由功的公式得F=
将WF=(0.5x2+0.5)J 代入上式得F=(
+0.5x)N 2分
由数学知识可知,当
=0.5x,即x=1时F最小 1分
得:Fmin=1N 1分
.某同学在验证机械能守恒定律的实验中,使重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图甲所示.O为纸带下落的起始点,A、B、C为纸带上选取的三个连续点.已知实验中所用重物的质量m=2kg,打点计时器每隔T =0.02 s打一个点,当地的重力加速度为g=9.8 m/s2.
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①根据题图可知,记录B点时,重物的速度vB=________m/s,重物动能EkB=________J.从开始下落到至B点,重物的重力势能减少量是________J(以上三空均保留三位有效数字),由此可得到的结论是 .
②该同学进一步分析发现重物动能的增量略小于重力势能减少量,则造成这种现象的原因可能是 .
③根据纸带算出相关各点的速度v,量出下落距离h,则以
④若该同学不慎将上述纸带从OA之间扯断,他仅利用A点之后的纸带能否实现验证机械能守恒定律的目的? .(填“能”或“不能”)