如圖所示,AB為固定在豎直平面內(nèi)的
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光滑圓弧軌道,軌道的B點(diǎn)與水平地面相切,其半徑為R.質(zhì)量為m的小球由A點(diǎn)靜止釋放,求:
(1)小球滑到最低點(diǎn)B時(shí),小球速度v的大;
(2)小球剛到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí),軌道對小球支持力FN的大;
(3)小球通過光滑的水平面BC滑上固定曲面,恰達(dá)最高點(diǎn)D,D到地面的高度為h(已知h<R),則小球在曲面上克服摩擦力所做的功Wf
分析:(1)小球從A滑至B的過程中,支持力不做功,只有重力做功,根據(jù)機(jī)械能守恒定律或動(dòng)能定理列式求解;
(2)在圓弧最低點(diǎn)B,小球所受重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律列式求解即可;
(3)對小球從A運(yùn)動(dòng)到D的整個(gè)過程運(yùn)用動(dòng)能定理列式求解.
解答:解:(1)由動(dòng)能定理得
mgR=
1
2
mv2


v=
2gR

即小球滑到最低點(diǎn)B時(shí),小球速度v的大小為
2gR

(2)由牛頓第二定律得
FN-mg=m
v2
R


FN=3mg
即小球剛到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí),軌道對小球支持力FN的大小為3mg.
(3)對于小球從A運(yùn)動(dòng)到D的整個(gè)過程,由動(dòng)能定理,得
mgR-mgh-Wf=0

Wf=mg(R-h)
即小球在曲面上克服摩擦力所做的功為mg(R-h).
點(diǎn)評:本題關(guān)鍵在于靈活地選擇運(yùn)動(dòng)過程運(yùn)用動(dòng)能定理列式,動(dòng)能定理不涉及運(yùn)動(dòng)過程的加速度和時(shí)間,對于曲線運(yùn)動(dòng)同樣適用.
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(2)小球通過光滑的水平面BC滑上固定曲面,恰達(dá)最高點(diǎn)D,D到地面的高度為h(已知h<R),則小球在曲面上克服摩擦力所做的功Wf

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如圖所示,AB為固定在豎直平面內(nèi)粗糙傾斜軌道,BC為光滑水平軌道,CD為固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道,且AB與BC通過一小段光滑弧形軌道相連,BC與弧CD相切.已知AB長為L=10m,傾角θ=37°,BC長s=4m,CD弧的半徑為R=2m,O為其圓心,∠COD=143°.整個(gè)裝置處在水平向左的勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度大小為E=1×103N/C.一質(zhì)量為m=0.4kg、電荷量為q=+3×10-3C的物體從A點(diǎn)以初速度vA=15m/s沿AB軌道開始運(yùn)動(dòng).若物體與軌道AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,物體運(yùn)動(dòng)過程中電荷量不變.求:
(1)物體在AB軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),重力和電場力對物體所做的總功;
(2)物體到達(dá)B點(diǎn)的速度;
(3)通過計(jì)算說明物體能否到達(dá)D點(diǎn).

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如圖所示,AB為固定在豎直平面內(nèi)粗糙傾斜軌道,BC為光滑水平軌道,CD為固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道,且AB與BC通過一小段光滑弧形軌道相連,BC與弧CD相切.已知AB長為L=10m,傾角θ=37°,BC長s=
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m,CD弧的半徑為R=
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m,O為其圓心,∠COD=143°.整個(gè)裝置處在水平向左的勻強(qiáng)電場中,電場強(qiáng)度大小為E=1×103N/C.一質(zhì)量為m=0.4kg、電荷量為q=+3×10 -3C的物體從A點(diǎn)以初速度vA=15m/s沿AB軌道開始運(yùn)動(dòng).若物體與軌道AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,物體運(yùn)動(dòng)過程中電荷量不變.求
(1)物體在AB軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),重力和電場力對物體所做的總功;
(2)物體能否到達(dá)D點(diǎn);
(3)物體離開CD軌道后運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)相對于O點(diǎn)的水平距離x和豎直距離y.

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