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如图所示,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...

如图所示,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,脱离弹簧后当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍,之后向上运动完成半个圆周运动恰好到达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速度大小和方向.

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(1)研究物体经过B点的状态,根据牛顿运动定律求出物体经过B点的速度,得到物体的动能,物体从A点至B点的过程中机械能守恒定律,弹簧的弹性势能等于体经过B点的动能; (2)物体恰好到达C点时,由重力充当向心力,由牛顿第二定律求出C点的速度,物体从B到C的过程,运用动能定理求解克服阻力做的功; (3)物体离开轨道后做平抛运动,运用运动的合成和分解法求出物体离开C点后落回水平面时的速度大小和方向. 【解析】 (1)物块在B点时,由牛顿第二定律得:FN-mg=m, 由题意:FN=7mg 物体经过B点的动能: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, 水平方向有: 坚直方向有: 落地时的速度大小: 与水平方向成θ角斜向下:.得θ=arctan2. 答:(1)弹簧开始时的弹性势能是3mgR; (2)物体从B点运动至C点克服阻力做的功为0.5mgR; (3)物体离开C点后落回水平面时的速度大小是,方向与水平方向成arctan2角.
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考点分析:
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③用米尺测量A1相对于A2的高h.设小车所受重力为mg,则小车所受的合外力F=______
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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