多米诺骨牌是一种文化,它起源于中国,有着上千年的历史。码牌时,骨牌会因意外一次次倒下,参与者时刻面临和经受着失败的打击。遇到挫折不气馁,鼓起勇气,重新再来,人只有经过无数这样的经历,才会变得成熟,最终走向成功。
如图为骨牌中的一小段情景,光滑斜面轨道AB、粗糙水平轨道CE与半径r=0.5m的光滑圆轨道相切于B、C两点,D点为圆轨道最高点,水平轨道末端E离水平地面高h=0.8m,骨牌触碰机关F在水平地面上,E、F两点间的距离s=1m。质量m=0.2kg的小钢球(可视为质点)从A点自由释放,到达D点时对轨道压力为其重力的0.5倍,从E点抛出后刚好触动机关F。重力加速度g=10m/s2,不计圆轨道在B、C间交错的影响,不计空气阻力。求:
(1)小钢球在水平轨道上克服阻力做的功;
(2)A点离水平地面的高度。
(1)设小钢球过E点时的速度为vE,从E点到F点的水平距离为x,则
………(1分)
………(1分)
………(1分)
设小球运动到D点时速度为vD,轨道对小球作用力为N,则
………(2分)
由牛顿第三定律得 ………(1分)
解得 m/s,m/s
设小球从D点运动到E点过程中,在水平轨道上克服阻力做功为,则
………(3分)
解得 J ………(2分)
(2)设A点离水平地面高度为H,小球从A点运动到D点过程中有
………(4分)
解得 H=2.175m ………(2分)
判定机械能守恒的方法:
(1)条件分析法:应用系统机械能守恒的条件进行分析。分析物体或系统的受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力 (或弹力)做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则系统的机械能守恒。
(2)能量转化分析法:从能量转化的角度进行分析:若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转化成其他形式的能(如内能),则系统的机械能守恒。
(3)增减情况分析法:直接从机械能的各种形式的能量的增减情况进行分析。若系统的动能与势能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒;若系统的动能不变,而势能发生了变化,或系统的势能不变,而动能发生了变化,则系统的机械能不守恒;若系统内各个物体的机械能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒。
(4)对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等,除非题目特别说明,否则机械能必定不守恒。
竖直平面内圆周运动与机械能守恒问题的解法:
在自然界中,违背能量守恒的过程肯定是不能够发生的,而不违背能量守恒的过程也不一定能够发生,因为一个过程的进行要受到多种因素的制约,能量守恒只是这个过程发生的一个必要条件。如在竖直平面内的变速圆周运动模型中,无支撑物的情况下,物体要到达圆周的最高点,从能量角度来看,要求物体在最低点动能不小于最高点与最低点的重力势能差值。但只满足此条件物体并不一定能沿圆弧轨道运动到圆弧最高点。因为在沿圆弧轨道运动时还需满足动力学条件:所需向心力不小于重力,由此可以推知,在物体从圆弧轨道最低点开始运动时,若在动能全部转化为重力势能时所能上升的高度满足时,物体可在轨道上速度减小到零,即动能可全部转化为重力势能;在,物体上升到圆周最高点时的速度)时,物体可做完整的圆周运动;若在时,物体将在与圆心等高的位置与圆周最高点之间某处脱离轨道,之后物体做斜上抛运动,到达最高点时速度不为零,动能不能全部转化为重力势能,物体实际上升的高度满足。故在解决这类问题时不能单从能量守恒的角度来考虑。
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