(2014•烟台一模)光滑圆轨道和两倾斜直轨道组成如图所示装置,其中直轨道bc粗糙,直轨道cd光滑,两轨道相接处为一很小

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  • 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=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.