Question

如圖所示，半徑R=0.4m的光滑半圓軌道與粗糙的水平面相切于A點(diǎn)，質(zhì)量為m=1kg的小物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）在水平拉力F的作用下，從靜止開始由C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)，物體從A點(diǎn)進(jìn)入半圓軌道的同時(shí)撤去外力F，物體沿半圓軌道通過最高點(diǎn)B后做平拋運(yùn)動(dòng)，正好落在C點(diǎn)，已知x_AC=2m，F(xiàn)=15N，g取10m/s²，試求：
（1）物體在B點(diǎn)時(shí)的速度大小以及此時(shí)半圓軌道對(duì)物體的彈力大��；
（2）物體從C到A的過程中，摩擦力做的功．

Answer 1

【答案】分析：小物體的運(yùn)動(dòng)分三個(gè)階段：C到A的勻加速運(yùn)動(dòng)，A到B的圓周運(yùn)動(dòng)，B到C的平拋運(yùn)動(dòng)．分析各段運(yùn)動(dòng)的受力及運(yùn)動(dòng)情況，再具體選擇相應(yīng)的規(guī)律求解．因此，求B的速度大小通過B到C的平拋運(yùn)動(dòng)過程來求，然后在B點(diǎn)運(yùn)用牛頓第二定律列式求半圓軌道對(duì)物體的彈力大小．最后分析C到B段各力做功情況，運(yùn)用動(dòng)能定理求出物體從C到A的過程中摩擦力做的功．
解答：解：（1）設(shè)物體在B點(diǎn)的速度為v，由B到C做平拋運(yùn)動(dòng)，
豎直方向有：2R=gt²
水平方向有：x_AC=vt
∴聯(lián)立以上兩式解得物體在B點(diǎn)時(shí)的速度大小為：v===m/s=5 m/s
分析物體在B點(diǎn)的受力由牛頓第二定律得：F_N+mg=
∴解得半圓軌道對(duì)物體的彈力大小為：F_N=-mg=N-1×10N=52.5 N
（2）A到B過程，由機(jī)械能守恒定律得：mv_A²=mv²+2mgR
由C到A應(yīng)用動(dòng)能定理可知：（F-F_f）x_AC=mv_A²
所以，聯(lián)立以上兩式解得物體從C到A的過程中摩擦力做的功為：W_f=-F_f?x_AC=mV_A²FX_AC=×1×41J-15×2J=-9.5 J．
 答案：（1）5 m/s 52.5 N （2）-9.5 J
點(diǎn)評(píng)：本題的解答重在過程分析，分析各個(gè)過程的受力情況、各力做功情況、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，然后選擇平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)能定理等規(guī)律來求解，是一道綜合性比較強(qiáng)的題目．