如图所示,质量M=3kg的足够长的小车静止在光滑的水平面上,半径R=0.8m的[1/4]光滑圆轨道的下端与小车的右端平滑

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  • 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.