解题思路:(1)在圆轨道最高点a处滑块受到的重力和轨道的支持力提供向心力,由牛顿第二定律即可求解;
(2)从a点到d点重力与摩擦力做功,全程由动能定理即可求解;
(3)分别对上滑的过程和下滑的过程中使用牛顿第二定律,求得加速度,然后结合运动学的公式,即可求得时间.
(1)在圆轨道最高点a处对滑块由牛顿第二定律得:mg+FN=m
v2
R
所以FN=m(
v2
R−g)=5.4N
由牛顿第三定律得滑块在圆轨道最高点a时对轨道的压力大小为5.4N
(2)从a点到d点全程由动能定理得:mg(R+Rcosθ+Lsinθ−h)−μmgcosθ•L=0−
1
2mv2
μ=
g(R+Rcosθ+Lsinθ−h)+
v2
2
gLcosθ=0.8
(3)设滑块在bc上向下滑动的加速度为a1,时间为t1,向上滑动的加速度为a2,时间为t2;在c点时的速度为vc.
由c到d:[1/2m
v2c=mgh
vc=
2gh]=2m/s
a点到b点的过程:[1/2mv2+mgR(1+cosθ)=
1
2m
v2b]
所以vb=
v2+2gR(1+cosθ)=5m/s
在轨道bc上:
下滑:L=
vb+vc
2t1
t1=
2L
vb+vc=7.5s
上滑:mgsinθ+μmgcosθ=ma2
a2=gsinθ+μgcosθ=12.4m/s2
0=vc-a2t2
t2=
vc
a2=
5
31s=0.16s
因为μ>tanθ,所以滑块在轨道bc上停止后不再下滑
滑块在两个斜面上运动的总时间:t总=t1+t2=(7.5+0.16)s=7.66s
答:(1)滑块在圆轨道最高点a时对轨道的压力大小是5.4N;
(2)滑块与直轨道bc问的动摩擦因数是0.8;
(3)滑块在直轨道bc上能够运动的时间是7.66s.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律.
考点点评: 该题中滑块经历的过程比较多,要分析清楚运动的过程中,在列公式的过程中一定要注意各物理量与对应的过程的关系.