解题思路:(1)先根据机械能守恒定律求出滑块经过D点时的速度大小,根据牛顿第二定律求出滑块经过D点时轨道对滑块的压力,即可得到滑块对轨道的压力,结合图象的信息,求解滑块的质量和圆轨道的半径;
(2)假设滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的E点,滑块离开轨道后,做平抛运动,由平抛运动的规律求出滑块经过D点时的速度大小,与临界速度进行比较,判断假设是否成立,若滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点,再根据机械能守恒定律求出H.
(1)滑块从A运动到D的过程,由机械能守恒得:mg(H-2R)=[1/2]mvD2
F+mg=
m
v2D
R
得:F=
2mg(H−2R)
R-mg
取点(0.50m,0)和(1.00m,5.0N)代入上式解得:m=0.1kg,R=0.2m
(2)假设滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的E点(如图所示)
从D到E过程滑块做平抛运动,则有:
OE=[R/sin30°]
x=OE=vDPt
R=[1/2]gt2
得到:vD=2m/s
而滑块过D点的临界速度为:
vDL=
gR=
2m/s
由于:vD>vDL所以存在一个H值,使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点
mg(H-2R)=[1/2]mvD2
得到:H=0.6m
答:(1)滑块的质量为0.1kg,圆轨道的半径为0.2m.
(2)存在H值,使得滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高的点,H值为0.6m.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;牛顿第二定律;向心力.
考点点评: 本题考查了圆周运动、牛顿第二定律、机械能守恒定律,考查内容较多;要准确理解恰能到达最高点的物理含义.运用物理规律列式,来分析图象的物理意义.