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如图,一轻弹簧原长为2R,其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC的底端A处,另...

如图,一轻弹簧原长为2R,其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC的底端A处,另一端位于直轨道上B处,弹簧处于自然状态,直轨道与一半径为的光滑圆弧轨道相切于C,AC=7R,A、B、C、D均在同一竖直面内。质量为m的小物块PC点由静止开始下滑,最低到达E点(未画出),随后P沿轨道被弹回,最高点到达F点,AF=4R,已知P与直轨道间的动摩擦因数重力加速度大小为g。(取

(1)求P第一次运动到B点时速度的大小。

(2)求P运动到E点时弹簧的弹性势能。

(3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放。已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后,恰好通过G点。G点在C点左下方,与C点水平相距竖直相距R,P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量

 

(1)(2)(3), 【解析】 试题(1)根据题意知,B、C之间的距离l为 l=7R–2R① 设P到达B点时的速度为vB,由动能定理得 ② 式中θ=37°,联立①②式并由题给条件得 ③ (2)设BE=x。P到达E点时速度为零,设此时弹簧的弹性势能为Ep。P由B点运动到E点的过程中,由动能定理有 ④ E、F之间的距离l1为 l1=4R–2R+x⑤ P到达E点后反弹,从E点运动到F点的过程中,由动能定理有 Ep–mgl1sin θ–μmgl1cos θ=0⑥ 联立③④⑤⑥式并由题给条件得 x=R⑦ ⑧ (3)设改变后P的质量为m1。D点与G点的水平距离x1和竖直距离y1分别为⑨ ⑩ 式中,已应用了过C点的圆轨道半径与竖直方向夹角仍为θ的事实。 设P在D点的速度为vD,由D点运动到G点的时间为t。由平抛运动公式有 ⑪ x1=vDt⑫ 联立⑨⑩⑪⑫式得 ⑬ 设P在C点速度的大小为vC。在P由C运动到D的过程中机械能守恒,有 ⑭ P由E点运动到C点的过程中,同理,由动能定理有 ⑮ 联立⑦⑧⑬⑭⑮式得 ⑯
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