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如图所示,斜面轨道AB与水平面之间的夹角θ=53°,BD为半径R=4m的圆弧形轨...

如图所示,斜面轨道AB与水平面之间的夹角θ=53°,BD为半径R=4m的圆弧形轨道,且B点与D点在同一水平面上,斜面轨道AB与圆弧轨道相切,整个光滑轨道处于竖直平面内.在A点,一质量m=1kg的小球由静止滑下,经过B、C点后从D点飞出去.设以竖直线MDN为分界线,其左边为阻力场区域,右边为真空区域,小球最后落到地面上的S点处时的速度大小vs=8m/s.已知A点距离地面的高度H=10m,B点距离地面的高度h=5m,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:
(1)小球经过B点的速度大小.
(2)小球经过圆弧轨道最低处C点时对轨道的压力的大小.
(3)若小球从D点抛出,受到的阻力与其瞬时速度的方向始终相反,求小球从D点到S点过程中,阻力f所做的功.

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(1)对AB过程由动能定理或机械能守恒可求得小球经过B点的速度; (2)由几何关系可知C点的高度,再由机械能守恒可求得小球在C点的速度;C点小球做圆周运动,由牛顿第二定律可求得C点的压力; (3)可对全程分析,根据动能定理可求得阻力所做的功. 【解析】 (1)对AB过程由机械能守恒得: mg(H-h)=mvB2; 解得:vB===10m/s; (2)由几何关系BC间的高度h′=R(1-cos53°)=1.6m; 可知,对AC过程由机械能定恒可得: mg(H-h+h′)=mvc2; 而由牛顿第二定律可得: F-mg=m 联立以上两式可得: F=mg+=43N; (3)对全程分析,全程中有重力、阻力做功,则由动能定理可得: mgH+Wf=mv2; 解得: Wf=32J-100J=-68J. 答:(1)B点的速度大小为10m/s;(2)C点的支持力为43N;(3)阻力做功为-68J.
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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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