解题思路:(1)根据动能定理求出物块到达B点的速度,根据牛顿第二定律求出支持力的大小,从而得出对轨道压力的大小.
(2)根据牛顿第二定律分别求出物块和小车的加速度,当两者速度相等时,保持相对静止,结合运动学公式求出相对静止所需的时间.小车先做匀加速直线运动,当与滑块速度相等后做匀速直线运动,结合运动学公式求出小车运动2s时,小车右端距轨道B端的距离.
(3)根据运动学公式求出物块和小车的相对位移,根据Q=f△s求出产生的内能.
(1)设物块运动至圆轨道的下端时速度为v,由动能定理mgR=
1
2mv2
此时物块做圆周运动,由牛顿第二定律FN−mg=
mv2
R
解得FN=30N,方向竖直向上
(2)物块滑上小车后,对物块 μmg=ma1
对小车μmg=Ma2
设经时间t′,物块和小车共速,有v'=v-a1t'=a2t'
解得t′=1s,而t>t′,即物块和小车共速后,又以v′运动了t-t′=1s,小车才被锁定.
小车被锁定时,其右端距圆轨道下端的距离x=
1
2v′t′+v′(t−t′)
解得x=1.5m
(3)整个过程中,物块相对小车运动的路程△x=(vt′−
1
2a1t′2)−
1
2a2t′2+
v′2
2a1)
系统增加的内能 Q=μmg△x
解得Q=6.5J
答:(1)物块运动至圆轨道的下端时受到的支持力是30N,方向向上;(2)小车被锁定时,其右端距圆轨道的下端的距离是1.5m;(3)物块静止时,系统增加的内能是6.5J.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律.
考点点评: 本题考查了动能定理、功能关系、牛顿第二定律和运动学公式,关键理清物块和小车的运动规律.