Question

光滑的水平轨道AB，与半径为R的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点，其中圆轨道在竖直平面内，B为最低点，D为最高点．一质量为m的小球以初速度v沿AB运动，恰能通过最高点，则（ ）
A．R越大，v越大
B．R越大，小球经过B点后的瞬间对轨道的压力越大
C．m越大，v越大
D．m与R同时增大，初动能E_k0增大

Answer 1

【答案】分析：小球恰能通过最高点时，由重力提供向心力，根据牛顿第二定律求出小球经最高点时的速度，根据动能定理求出初速度v与半径R的关系．小球经过B点后的瞬间由重力和轨道的支持力的合力提供向心力，由牛顿运动定律研究小球对轨道的压力与半径的关系．
解答：解：
A、C小球恰能通过最高点时，则有mg=，，根据动能定理得，=+2mgR，得到，可见，R越大，v越大，而且v与小球的质量m无关．故A正确，C错误．
B、小球经过B点后的瞬间，N-mg=m，得到轨道对小球的支持力N=mg+m，R越大，N越小，小球经过B点后的瞬间对轨道的压力也越小．故B错误．
D、初动能E_k0==+2mgR=，得知m与R同时增大，初动能E_k0增大．故D正确．
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点评：动能定理与向心力知识综合是常见的题型．小球恰好通过最高点时速度与轻绳模型类似，轨道对小球恰好没有作用力，由重力提供向心力，临界速度v=，做选择题时可直接运用．