Question

12．如圖所示，光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形粗糙導(dǎo)軌在B點(diǎn)銜接，導(dǎo)軌半徑R=0.6m，一個(gè)質(zhì)量為m=1Kg的靜止物塊在A處壓縮彈簧，把物塊釋放，在彈力的作用下獲得一個(gè)向右的速度，當(dāng)它經(jīng)過(guò)B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌瞬間對(duì)導(dǎo)軌的壓力大小為其重力的7倍，之后向上運(yùn)動(dòng)恰能完成半圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)C點(diǎn)，取g=10m/s²，求：
（1）物塊運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度大小V；
（2）物塊從B至C克服阻力所做的功W；
（3）物塊離開C點(diǎn)后落回到水平面時(shí)的動(dòng)能E_k．

Answer 1

分析 （1）研究物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的速度，
（2）得到物體的動(dòng)能，物體從A點(diǎn)至B點(diǎn)的過(guò)程中運(yùn)用動(dòng)能定理，可得彈簧對(duì)物塊的彈力做的功等于物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)的動(dòng)能；物體恰好到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，由重力充當(dāng)向心力，由牛頓第二定律求出C點(diǎn)的速度，物體從B到C的過(guò)程，運(yùn)用動(dòng)能定理求解克服阻力做的功．
（3）物體從C到水平面，由動(dòng)能定理求物塊落回水平面時(shí)動(dòng)能的大�。�

解答 解：（1）物塊在B點(diǎn)時(shí)受到重力mg和導(dǎo)軌的支持力N=7mg．
由牛頓第二定律，有：7mg-mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$
得：v_B=$\sqrt{6gR}$=$\sqrt{6×10×0.6}$=6m/s
（2）物體從A運(yùn)動(dòng)到B，由動(dòng)能定理得彈簧對(duì)物塊的彈力做的功為：
W_彈=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$=3mgR．  
物塊在C點(diǎn)僅受重力．據(jù)牛頓第二定律，有：mg=m$\frac{{v}_{C}^{2}}{R}$
得：v_C=$\sqrt{gR}$
物體從B到C只有重力和阻力做功．根據(jù)動(dòng)能定理，有：
-W_f-mg•2R=$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$
得物體從B到C克服阻力做的功為：W_f=$\frac{1}{2}$mgR=$\frac{1}{2}$×1×10×0.6=3J．
（3）物體從C到水平面，由動(dòng)能定理得：
E_k-$\frac{1}{2}m{v}_{C}^{2}$=mg•2R
解得：E_k=$\frac{5}{2}$mgR=$\frac{5}{2}×1×10×0.6$=15J
答：（1）B點(diǎn)的速度為6m/s；
（2）物塊從B至C克服阻力做的功為3J；
（3）物塊離開C點(diǎn)后落回水平面時(shí)動(dòng)能的大小為15J．

點(diǎn)評(píng) 本題的解題關(guān)鍵是根據(jù)牛頓第二定律求出物體經(jīng)過(guò)B、C兩點(diǎn)的速度，再結(jié)合動(dòng)能定理或平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)求解．