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.