(2014•烟台二模)如图所示,一固定的[1/4]圆弧轨道.半径为1.25m,表面光滑,其底端与水平面相切,且与水平面右

1个回答

  • 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.

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