Question

(12分)如图9所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相接，导轨半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍，之后向上运动恰能完成半个圆周运动到达C点．试求：                                                     

(1)弹簧开始时的弹性势能；

(2)物体从B点运动至C点克服阻力做的功；

(3)物体离开C点后落回水平面时的动能．

Answer

(1)3mgR (2)0.5mgR (3)2.5mgR

【解析】(1)物块在B点时，

由牛顿第二定律得：FN－mg＝m，FN＝7mg

EkB＝mvB2＝3mgR

在物体从A点至B点的过程中，根据机械能守恒定律，弹簧的弹性势能Ep＝EkB＝3mgR.

(2)物体到达C点仅受重力mg，根据牛顿第二定律有

mg＝m

EkC＝mvC2＝mgR

物体从B点到C点只有重力和阻力做功，根据动能定理有：

W阻－mg·2R＝EkC－EkB

解得W阻＝－0.5mgR

所以物体从B点运动至C点克服阻力做的功为W＝0.5mgR.

(3)物体离开轨道后做平抛运动，仅有重力做功，根据机械能守恒定律有：

Ek＝EkC＋mg·2R＝2.5mgR.