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如图所示,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆...

如图所示,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧的半径为R.一个质量为m的物体(可视为质点)从直轨道的P点由静止释放,结果它在两轨道之间做往复运动.已知P点与圆弧的圆心O等高,物体与轨道AB间的动摩擦因素为μ,求:
(1)物体做往复运动的过程中,在轨道AB上通过的总路程.
(2)物体对圆弧轨道最低点E的最小压力.

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(1)物体只有在直轨道AB上往复运动时,需克服摩擦阻力做功,机械能不断减小,在光滑的圆弧轨道上没有机械能损失;只有当物体到达B点速度为零时,物体才不能再进入直轨道AB,只在圆弧轨道上往复运动.所以我们就选择从P点到最后速度为零的过程为研究对象,应用动能定理求出摩擦力做功的路程即物体在AB轨道上的总路程.  (2)欲求在E点物体对圆弧轨道的最小压力当然首先解决E点的最小速度,即物体只在圆弧轨道上往复运动经过E点时速度最小,由动能定理或机械能守恒都可以,然后利用牛顿第二定律求出轨道对物体的弹力,再由牛顿第三定律求出物体对轨道的压力. 【解析】 (1)物体在直轨道AB上往复运动时,需克服摩擦阻力做功,机械能不断减小,当物体到达B点速度为零时,物体不能再进入直轨道AB,只在圆弧轨道上往复运动. 对物体从P到B速度为零的过程,由动能定理得mgRcosθ-μmgcosθ•s=0 所以 (2)当物体只在圆弧轨道上往复运动经过E点时,物体对轨道上E点的压力最小, 由机械能守恒定律得    由牛顿第二定律得    联立两式解得   FN=mg(3-2cosθ) 由牛顿第三定律得,物体对轨道上E点的压力FN′=mg(3-2cosθ) 答:(1)在轨道AB上通过的总路程 (2)物体对圆弧轨道最低点E的最小压力FN′=mg(3-2cosθ)
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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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