Question

10．如圖所示，AB為一段彎曲軌道，固定在水平桌面上，與水平桌面相切于A點，B點距桌面的高度為h=0.6m，A、B兩點間的水平距離為L=0.8m，軌道邊緣B處有一輕、小定滑輪，一根輕繩兩端系著質量分別為m₁與m₂的物體P、Q，掛在定滑輪兩邊，P、Q可視為質點，且m₁=2.0kg，m₂=0.4kg．開始時P、Q均靜止，P緊靠B點，P釋放后沿彎曲軌道向下運動，運動到A點時輕繩突然斷開，斷開后P沿水平桌面滑行距離x=1.25m停止．已知P與水平桌面間的動摩擦因數(shù)μ=0.25，g取10m/s²．求：
（1）P經過A點時的速度大小；
（2）P從B到A的過程中Q重力勢能的增量；
（3）彎曲軌道對P的摩擦力做的功．

Answer 1

分析 （1）物體P在水平面上運動過程，運用動能定理求P經過A點時的速度．
（2）由幾何知識求出Q上升的高度H，則Q重力勢能的增量△E_P=mgH．
（3）由幾何關系求出將P經過A點時AP段繩與水平方向的夾角，將此時P的速度進行分解得到Q點的速度，再對系統(tǒng)運用動能定理求摩擦力做功．

解答 解：（1）P在水平軌道上運動過程，根據(jù)動能定理得：
-μm₁gx=0-$\frac{1}{2}$m₁${v}_{1}^{2}$
得P經過A點時的速度為：
v₁=$\sqrt{2μgs}$=$\sqrt{2×0.25×10×1.25}$m/s=2.5m/s
（2）P由B到A的過程中，Q上升的高度為：
H=$\sqrt{{h}^{2}+{L}^{2}}$=1m
則P從B到A的過程中Q重力勢能的增量為：
△E_P=mgH=4J
（3）設P經過A點時，P過A點的速度與水平方向的夾角β，Q的運動速度為v₂，將速度P的速度v₁進行分解如圖．
則有v₂=v₁cosβ
又sinβ=$\frac{h}{H}$=0.6，得β=37°
對P、Q組成的系統(tǒng)，根據(jù)動能定理得：
m₁gh-m₂gH+W_f=$\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{1}^{2}+\frac{1}{2}{m}_{2}{v}_{2}^{2}$
代入數(shù)據(jù)解得彎曲軌道對P的摩擦力做的功為：W_f=-0.95J．
答：（1）P經過A點時的速度大小是2.5m/s；
（2）P從B到A的過程中Q重力勢能的增量為4J；
（3）彎曲軌道對P的摩擦力做的功是-0.95J．

點評 本題是繩系的系統(tǒng)問題，根據(jù)動能定理和幾何知識、速度分解進行分析求解，其中速度的分解，是繩端物體速度分解類型，要學會如何分解．