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(2012年4月江苏昆山市模拟)如图甲,ABC为竖直放置的半径为0.1m的半圆形轨道,在轨道的最低点和最高点AC各安装了一个压力传感器,可测定小球在轨道内侧,通过这两点时对轨道的压力FAFC.质量为0.1kg的小球,以不同的初速度v冲入ABC轨道.(g取10m/s2

(1)若FCFA的关系图线如图乙所示,求:当时小球滑经A点时的速度,以及小球由A滑至C的过程中损失的机械能;

(2)若轨道ABC光滑,小球均能通过C点.试推导FCFA变化的关系式,并在图丙中画出其图线.

解析:

(1)(8分)由牛顿第三定律可知,小球在A、C两点所受轨道的弹力大小

                    ···············(1分)

在A点由牛顿第二定律得:

         ················①(1分)

     解得                ················②(1分)

在C点由牛顿第二定律得:

         ················③(1分)

对A至C的过程,由动能定理得:

    ··············④(2分)

①②③联立得

    ····⑤ 

解得                ················⑥(2分)

     故损失的机械能为0.2J 

(2)(共7分)

因轨道光滑,小球由A至C的过程中机械能守恒

············⑦(2分)

联立①②⑥得

     即       ············⑧(3分)

     图线如右图所示      ···········⑨(2分)

 


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(A)g,     (B)g,    (C)g,    (D)g

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