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如图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直.质量为m可看作质点的小滑块在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由静止开始向左运动,到达水平轨道的末端B点时撤去外力,小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点D,滑块脱离半圆形轨道后又刚好落到A点.已知重力加速度为g,求:
(1)滑块通过D点的速度大小.
(2)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道压力的大小.
(3)滑块在AB段运动过程中的加速度大小.

解:(1)设滑块恰好通过最高点D的速度为vD,根据牛顿第二定律有
mg=
解得:
(2)滑块自B点到D点的过程机械能守恒,设滑块在B点的速度为vB,则有:
=
解得:=5gR
设滑块经过B点进入圆形轨道时所受的支持力为NB,根据牛顿第二定律有

解得:NB=6mg
由牛顿第三定律可知,滑块经过B点时对轨道的压力大小NB′=6mg
(3)对于滑块自D点平抛到A点,设其时间为t,则有:
2R=gt2
sAB=vDt
解得:sAB=2R
设滑块由A点到B点的过程中加速度为a,则有
解得:a=答:(1)滑块通过D点的速度为
(2)滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道压力的大小为6mg
(3)滑块在AB段运动过程中的加速度大小
分析:(1)小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点D,可知此时重力提供向心力,由牛顿第二定律列方程求解滑块通过D点的速度
(2)从B到D应用机械能守恒定律,结合第一问的结果可得B点的速度,在此位置应用牛顿第二定律列方程可得轨道对物体的弹力,应用牛顿第三定律得到物体对轨道的压力
(3)物体从D点后改做平抛运动,由平抛规律可得AB间的水平距离,应用匀变速运动规律可得滑块在AB段运动过程中的加速度大小
点评:①物体恰好通过D点是本题的突破口,这一点要注意把握;
②题目要求滑块经过B点进入圆形轨道时对轨道的压力大小而根据物体在B点的运动情况所求的是轨道对物体的支持力,故运动别忘记“由牛顿第三定律求解滑块在B点对轨道的压力
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,水平轨道上轻弹簧左端固定,弹簧处于自然状态时,其右端位于P点,现用一质量m=0.1kg的小物块(可视为质点)将弹簧压缩后释放,物块经过P点时的速度v0=6m/s,经过水平轨道右端Q点后恰好沿半圆光滑轨道的切线进入竖直固定的圆轨道,最后物块经轨道最低点A抛出后落到B点,若物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.15,s=4m,R=1m,A到B的竖直高度h=1.25m,取g=10m/s2.
(1)求物块到达Q点时的速度大小(保留根号).
(2)判断物块经过Q点后能否沿圆周轨道运动.简单说明理由.
(3)若物块从A水平抛出的水平位移大小为4m,求物块在A点时对圆轨道的压力.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,水平轨道和竖直面内的光滑半圆轨道在B点连接.滑块在恒定外力作用下从水平轨道上的A点由静止出发向左运动,到B点时撤去外力,滑块恰好能通过半圆轨道最高点C,脱离半圆形轨道后又刚好落到原出发点A.试求滑块在AB段运动过程中的加速度a的大小?

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,水平轨道AB段为粗糙水平面,BC段为一水平传送带,两段相切于B点.一质量为m=1kg的物块(可视为质点),静止于A点,AB距离为s=2m.已知物块与AB段和BC段的动摩擦因数均为μ=0.5,g取10m/s2

(1)若给物块施加一水平拉力F=11N,使物块从静止开始沿轨道向右运动,到达B点时撤去拉力,物块在传送带静止情况下刚好运动到C点,求传送带的长度;
(2)在(1)问中,若将传送带绕B点逆时针旋转37°后固定(AB段和BC段仍平滑连接),要使物块仍能到达C端,则在AB段对物块施加拉力F应至少多大;
(3)若使物块以初速度v0从A点开始向右运动,并仍滑上(2)问中倾斜的传送带,且传送带以4m/s速度向上运动,要使物体仍能到达C点,求物块初速度v0至少多大.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,水平轨道PAB与
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圆弧轨道BC相切于B点,其中,PA段光滑,AB段粗糙,动摩擦因数μ=0.1,AB段长度L=2m,BC段光滑,半径R=lm.轻质弹簧劲度系数k=200N/m,左端固定于P点,右端处于自由状态时位于A点.现用力推质量m=2kg的小滑块,使其缓慢压缩弹簧,当推力做功W=25J时撤去推力.已知弹簧弹性势能表达式Ek=
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kx2其中,k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,重力加速度取g=10m/s2
(1)求推力撤去瞬间,滑块的加速度a;
(2)求滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时对B点的压力Fn
(3)判断滑块能否越过C点,如果能,求出滑块到达C点的速度vc和滑块离开C点再次回到C点所用时间t,如果不能,求出滑块能达到的最大高度h.

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科目:高中物理 来源: 题型:

(2011?安徽二模)如图所示,水平轨道AB与半径为R的竖直半圆形轨道BC相切于B点.质量为2m和m的a、b两个小滑块(可视为质点)原来静止于水平轨道上,其中小滑块以与一轻弹簧相连.某一瞬间给小滑块以一冲量使其获得v0=3
gR
的初速度向右冲向小滑块b,与b碰撞后弹簧不与b相粘连,且小滑块b在到达B点之前已经和弹簧分离,不计一切摩擦,求:
(1)a和b在碰撞过程中弹簧获得的最大弹性势能;
(2)小滑块b经过圆形轨道的B点时对轨道的压力;
(3)小滑块b最终落到轨道上何处.

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