Question

如图，一半径为R，粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道。质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，g为重力加速度的大小。用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功，则（     ） 

A.，质点恰好可以到达Q点

B.，质点不能到达Q点

C.，质点到达Q后，继续上升一段距离

D.，质点到达Q后，继续上升一段距离

Answer

C

【解析】

对N点运用牛顿第二定律，结合压力的大小求出N点的速度大小，对开始下落到N点的过程运用动能定理求出克服摩擦力做功的大小。抓住NQ段克服摩擦力做功小于在PN段克服摩擦力做功，根据动能定理分析Q点的速度大小，从而判断能否到达Q点。

从出发点到P点，由动能定理知

，

在N点由牛顿第二定律知

，

知

，

从P到N由动能定理知

，

。

设PN上某点与OP的夹角为θ，由变速圆周运动知

，

根据左右对称，在同一高度，由于摩擦力做负功导致右侧对称点速率小，轨道的支持力小，滑动摩擦力小，因此

。

从N到Q，由动能定理知

，

因此

，

质点继续上升一段距离。

故选C。