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①ABCD轨道在水平面上运动的最大速率;
②小物体第一次沿轨道返回A点时的速度大小.

分析 (1)小物体和轨道组成的系统水平方向动量守恒:由动量守恒定律可得求解最大速率;
(2)由水平方向动量守恒定律,对全过程应用能量守恒规律可求得小物体回到A点时的速度.

解答 解:①由题意分析可知,当小物体沿运动到圆弧最低点B时轨道的速率最大,设为vm,假设此时小物体的速度大小为v,则小物体和轨道组成的系统水平方向动量守恒:以初速度的方向为正方向;由动量守恒定律可得:
Mvm=mv
由机械能守恒得:mg(H+R)=$\frac{1}{2}$Mvm2+$\frac{1}{2}$mv2
联立并代入数据解得:vm=2.0m/s
②由题意分析可知,小物体第一次沿轨道返回到A点时小物体与轨道在水平方向的分速度相同,设为vx,假设此时小物体在竖直方向的分速度为vy,则对小物体和轨道组成的系统,由水平方向动量守恒得:
(M+m)vx=0                                       
由能量守恒得:mgH=$\frac{1}{2}$(M+m)vx2+$\frac{1}{2}$mvy2+μmg×2L  
联立并代入数据解得:vx=0;vy=4.0m/s;                        
故小物体第一次沿轨道返回到A点时的速度大小为:vA=$\sqrt{{v}_{x}^{2}+{v}_{y}^{2}}$=$\sqrt{16}$=4m/s
答:(1)ABCD轨道在水平面上运动的最大速率为2.0m/s;
(2)第一次沿轨道返回到A点时的速度大小为4m/s.

点评 本题考查动量守恒定律及能量关系的应用,要注意明确系统在水平方向动量是守恒的,整体过程中要注意能量的转化与守恒.

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