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如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点.水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨...

如图所示,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点.水平桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道MNP,其形状为半径R=0.8m的圆环剪去了左上角135°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离也是R.用质量m=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,弹簧和物块具有的弹性势能Ep=7.2J,释放后物块从桌面右边缘D点飞离桌面后,由P点沿圆轨道切线落入圆轨道g=10m/s2,求:
(1)DP间的水平距离;
(2)判断m能否沿圆轨道到达M点;
(3)释放后m运动过程中克服摩擦力做的功.

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(1)物块由D点做平抛运动,根据平抛运动的基本公式求出到达D点的速度和水平方向的位移,根据物块过B点后其位移与时间的关系得出初速度和加速度,进而根据位移-速度公式求出位移; (2)物块在内轨道做圆周运动,在最高点有临界速度, 则mg=m,根据机械能守恒定律,求出M点的速度,与临界速度进行比较,判断其能否沿圆轨道到达M点. (3)由能量转化及守恒定律即可求出m2释放后在桌面上运动的过程中克服摩擦力做的功. 【解析】 (1)设物块由D点以初速度vD做平抛运动,落到P点时其竖起速度为vy,有=2gR 而=tan45°,解得vD=4m/s 设物块做平抛运动的时间为t,水平位移为x,有R=gt2,x=vDt,解得x=1.6m (2)若物块能沿轨道到达M点,设其速度为vM,有mgR=m-m 解得vM≈2.2m/s<≈2.8m/s 即物块不能到达M点. (3)设m在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为Wf,有Ep-Wf=m 解得Wf=5.6J 答:(1)DP间的水平距离1.6m; (2)m2不能否沿圆轨道到达M点; (3)m2释放后在桌面上运动的过程中克服摩擦力做的功为5.6J.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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