如图所示,竖直平面内的轨道ABCD由水平轨道AB与光滑半圆形轨道BCD组成,水平轨道与圆弧轨道相切于B点,整个轨道固定在

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  • 解题思路:1、在小物块运动的整个过程中,重力做功为0,摩擦力做负功-1.5μmgL,根据动能定理求解μ.

    2、小物块沿水平轨道刚好到达B点时,压力等于重力;小物块经过B点后开始做圆周运动,支持力和重力的合力提供向心力,结合动能定理解出此时的支持力,支持力等于此时的压力.再计算前后的压力差.

    3、若小物块刚好到达D处,只受重力,重力提供向心力,由此计算出此时的速度.从A到D的过程中运用动能定理可计算出此时的初动能.

    (1)小物块最终停在AB的中点,在这个过程中,由动能定理得

    -μmg(L+0.5L)=-

    1

    2mv02

    解得μ=

    v02

    3gL

    (2)小物块沿水平轨道刚好到达B点时,物块对B点的压力N1=mg

    小物块经过B点后开始做圆周运动,由牛顿第二定律得,N2−mg=m

    vB2

    R,

    从A到B,由动能定理得−μmgL=

    1

    2mvB2−

    1

    2mv02,

    解得,小物块经过B点前后对轨道的压力差为△N=N2-N1=

    mv02

    3R

    (3)若小物块刚好到达D处,则mg=m

    vD2

    R,

    从A到D,由动能定理得−μmgL−mgR=

    1

    2mvD2−E′,

    解得E′=

    3

    2mgR+

    1

    3mv02,

    即,小物块的初动能应至少提高到E′=[3/2mgR+

    2

    3E.

    答:(1)小物块与水平轨道的动摩擦因数μ为

    v02

    3gL];

    (2)小物块经过B点瞬间前后对轨道的压力差为

    mv02

    3R;

    (3)若让小物块能从圆弧轨道的最高点D离开轨道,小物块的初速度应至少提高到

    3

    2mgR+

    1

    3mv02.

    点评:

    本题考点: 牛顿第二定律;向心力.

    考点点评: 本题是简单的多过程问题,要灵活选择研究的过程.要抓住重力做功与路径无关,而滑动摩擦力做功与路程有关的特点.

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