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manfen5.com 满分网如图所示为放置在竖直平面内游戏滑轨的模拟装置,滑轨由四部分粗细均匀的金属杆组成,其中水平直轨AB与倾斜直轨CD长均为L=6m,圆弧形轨道AQC和BPD均光滑,AQC的半径为r=1m,AB、CD与两圆弧形轨道相切,O2D、O1C与竖直方向的夹角均为θ=37°.现有一质量为m=1kg的小球穿在滑轨上,以Ek0=24J的初动能从B点开始水平向左运动,小球与两段直轨道间的动摩擦因数均为μ=manfen5.com 满分网,设小球经过轨道连接处均无能量损失.(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)小球第一次回到B点时的速度大小;
(2)小球第二次到达C点时的动能;
(3)小球在CD段上运动的总路程.
(1)对从B点出发到回到B点整个过程运用动能定理,求出小球第一次回到B点时的速度大小. (2)小球第二次到达C点时,对B到C运用动能定理,求出到达C点时的动能. (3)小球最终只能在圆弧形轨道BPD上做往复运动,即到达D点速度为零,对全过程运用动能定理,求出小球在CD段上运动的总路程. 【解析】 (1)根据动能定理得, mv12-Ek0=-μmgLcosθ-μmgL 代入 解得v1=m/s≈3.4m/s (2)小球第一次回到B点时的动能,继续运动, 根据动能定理得,mgr(1+cosθ)-μmgLcosθ=EKC-EK1 当到达C点时动能为EKC=mgr(1+cosθ)+EK1-μmgLcosθ=18+6-8=16J. (3)小球第二次到达C点后还剩16J的能量,继续上升还需克服重力做功为W=mgr(1+cos37°)=18J,才能到达A点,因此小球无法继续上升,滑到AQC某处后开始下滑,之后受摩擦力作用,上升高度越来越低. 小球最终只能在圆弧形轨道BPD上做往复运动,即到达D点速度为零, 由动能定理: 可得小球在斜轨CD上所通过的路程为s=39m 小球通过CD段的总路程为s=2L+s=51m 答:(1)小球第一次回到B点时的速度大小为3.4m/s. (2)小球第二次到达C点时的动能为16J. (3)小球在CD段上运动的总路程为51m.
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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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