解题思路:(1)在圆弧底端物块受到的支持力和重力的合力提供圆周运动向心力,据牛顿第二定律求解支持力的大小;(2)物块在木板上先做加速运动,再做减速运动,根据速度位移关系和位移时间关系进行分析求解;(3)物块离开木板做平抛运动,根据平抛知识求物块落地时的速度大小和水平距离.
(1)物块从[1/4]圆弧滑至最低点过程中只有重力做功,根据动能定理有:
mgR=
1
2mv2−0
得在轨道最低点物块的速度v=
2gR=
2×10×1.25m/s=5m/s
物块在最低点时支持力和重力的合力提供圆周运动向心力,
由牛顿第二定律有:
FN−mg=m
v2
R
得FN=mg+m
v2
R=1×10+1×
52
1.25N=30N
(2)木板做匀速直线运动,运动到P的时间
t1=
x
v=
6
6s=1s
对于物块在摩擦力作用下产生加速度的大小
a1=a2=
μmg
m=μg=1m/s2
由于滑上木板时物块速度小于木板速度,故在摩擦力作用下做加速运动,
物体的末速度v1=v+a1t1=5+1×1m/s=6m/s
物块产生的位移x1=vt1+
1
2a1
t21=5×1+
1
2×1×12m=5.5m
木板运动1s后停止运动,此时物块在摩擦力作用下做减速运动,
此时初速度v1=6m/s,加速度大小a2=1m/s2,
位移x2=x-x1=6-5.5m=0.5m
物块做匀减速运动过程中根据速度位移关系有:
v22−
v21=−2a2x2
得物块离开木板时的速度:
v2=
v21−2a2x2=
62−2×2×0.5m/sv2=
v21−2a2x2=
62−2×1×0.5m/s=
35m/s≈5.9m/s
(3)物块离开木板做平抛运动有:
水平方向:x3=v2t
竖直方向:h=
1
2gt2
由竖直方向:t=
2h
g=
2×1.75
10s=
0.35s
所以x3=v2t=
35
0.35m=3.5m
物块的速度v′=
v22+(gt)2=
(
35)2+(10×
0.35)2m/s=
70m/s=8.4m/s
答:(1)物块滑到弧形轨道底端受到的支持力大小为30N;
(2)物块离开木板时的速度大小为5.9m/s;
(3)物块落地时的速度大小为8.4m/s及落地点与P点的水平距离为3.5m.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.
考点点评: 本题综合圆周运动、匀变速直线运动和平抛运动,掌握相关运动的基本规律是解决问题的关键,本题综合性较大,学生感觉比较难.