Question

（2011?合肥模擬）在豎直面內(nèi)有一粗糙水平直軌道和一半徑R=2m的光滑半圓形軌道，二者在半圓的一個端點B相切，如圖所示．在直軌道上的A點，有一質(zhì)量m=2kg的小球處于靜止狀態(tài)，A，B間距離s=6m．現(xiàn)用大小為20N的水平推力F將小球推到B處后撤去推力，若小球沿半圓軌道恰能運動到最高點C處，取重力加速度g=10m/s²．求：
（1）小球從A到B運動的時間；
（2）小球剛進入圓弧軌道的B點時對軌道的壓力；
（3）在AB段小球克服摩擦力做的功．

Answer 1

分析：（1）小球沿半圓軌道恰能運動到最高點C處，根據(jù)牛頓第二定律，求出該點的速度，再根據(jù)機械能守恒定律求出B點的速度，根據(jù)平均速度的公式求出小球從A到B運動的時間．
（2）根據(jù)牛頓第二定律，抓住豎直方向上的合力提供向心力求出支持力的大小．
（3）根據(jù)動能定理求出AB段小球克服摩擦力做的功．

解答：解：（1）小球在C點：mg=m

vc2

R

   所以vc=

gR

由B到C過程：

1

2

mvc2+2mgR=

1

2

mvB2
解得vB=

5gR

=10m/s
由s=

vB

2

t得，t=

2s

vB

=

12

10

s=1.2s．
（2）根據(jù)牛頓第二定律得：N-mg=m

vB2

R

解得N=mg+m

vB2

R

=120N
根據(jù)牛頓第三定律，則小球剛進入圓弧軌道的B點時對軌道的壓力為120N．
（3）根據(jù)動能定理得：
Fs-Wf=

1

2

mvB2
解得：Wf=Fs-

1

2

mvB2=20J
答：（1）小球從A到B運動的時間為1.2s．
（2）小球剛進入圓弧軌道的B點時對軌道的壓力為120N．
（3）在AB段小球克服摩擦力做的功為20J．

點評：本題綜合運用了牛頓第二定律和動能定理以及機械能守恒定律，關(guān)鍵是選擇合適的研究過程，運用動能定理或機械能守恒定律進行求解．