(2013•甘肃一模)如图甲所示,竖直平面内的光滑轨道由倾斜直轨道AB和圆轨道BCD组成,AB和BCD相切于B点,CD连

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  • 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.

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