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在竖直面内有一光滑水平直轨道和一光滑半圆形轨道,二者在半圆的-个端点B相切,如图...

在竖直面内有一光滑水平直轨道和一光滑半圆形轨道,二者在半圆的-个端点B相切,如图所示,半圆形轨道的另一端点为C,半径为R在直轨道上距离B为S的A点,有一可看作质点的质量为m的小球处于静止状态.现用水平恒力将小球推至B处后撤去恒力,小球沿半圆轨道运动到C处后又正好落到水平面上出发点A处.
(1)求小球在C处的速度大小VC和推力对小球所做的功WF
(2)当S和R满足什么关系时,水平恒力做功最小并求出功的最小值.

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(1)分析小球运动的过程,可发现小球由A到B做匀加速直线运动,B到C做圆周运动,从C点开始做平抛运动;由平抛运动的规律可求得C点的速度,对小球从A到C过程,运用动能定理可求得推力所做的功; (2)水平恒力做功越小,小球到达C点的速度越小,当WF有最小值时,小球应恰能到达C处,此时由重力提供小球的向心力,即可由牛顿第二求出C点的速度,由上题得到S与R的关系,并求出最小的功. 【解析】 (1)设小球从C到A的飞行时间为t,在C处的速度为VC,由平抛运动的规律,得   在水平方向上:s=vCt   在竖直方向上: 联立解得:, 则小球在C处的速度大小vC= 对小球从A到C过程,由动能定理得: 解得: (2)当WF有最小值时,小球应恰能到达C处,此时由重力提供小球的向心力,则  在C点: 又仍成立 解得:S=2R 最小功为Wmin=mg(2R+)=mg[2R+]=2.5mgR      答: (1)小球在C处的速度大小VC是,推力对小球所做的功WF为. (2)当S和R满足S=2R时,水平恒力做功最小值为2.5mgR.
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考点分析:
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表一
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表二
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x(m)0.150.180.300.360.45
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A.按照图示的装置安装器件
B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上
C.用天平测出重锤的质量
D.释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带
E.测量纸带上某些点问的距离
F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中没有必要进行的或者操作不当的步骤是______.(填入选项前的英文符号)
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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