滑雪运动深受人民群众喜爱,某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从滑道的A点滑行到最低点B的过程中,由于摩擦力的存在,运动员的速率不变,则运动员沿AB下滑过程中( )
A.合外力做功一定大于零
B.所受摩擦力大小不变
C.合外力始终与速度垂直
D.机械能始终保持不变
C
【详解】
试题分析:根据曲线运动的特点分析物体受力情况,根据牛顿第二定律求解出运动员与曲面间的正压力变化情况,从而分析运动员所受摩擦力变化;根据运动员的动能变化情况,结合动能定理分析合外力做功;根据运动过程中,是否只有重力做功来判断运动员的机械能是否守恒;
因为运动员做曲线运动,所以合力一定不为零,A错误;运动员受力如图所示,重力垂直曲面的分力与曲面对运动员的支持力的合力充当向心力,故有,运动过程中速率恒定,且在减小,所以曲面对运动员的支持力越来越大,根据速率恒定可得可知摩擦力越来越小,B错误;运动员运动过程中速率不变,质量不变,即动能不变,动能变化量为零,根据动能定理可知合力做功为零,C正确;因为克服摩擦力做功,机械能不守恒,D错误;
【点睛】
考查了曲线运动、圆周运动、动能定理等;知道曲线运动过程中速度时刻变化,合力不为零;在分析物体做圆周运动时,首先要弄清楚合力充当向心力,然后根据牛顿第二定律列式,基础题,难易程度适中.
认识曲线运动:
1、曲线运动一定是变速运动;质点的路程总大于位移大小;质点作曲线运动时,受到合外力和相应的速度一定不为零,并总指向曲线内侧。
2、曲线运动速度的方向
曲线运动中速度的方向是时刻改变的,物体在某一点(或某一时刻)的速度的方向是在曲线的这一点的切线方向。
3、物体做曲线运动的条件
物体作曲线运动的条件:运动物体所受的合外力(或加速度)的方向跟它的速度方向不在同一直线。
知识点拨:
曲线运动的条件:
当物体所受的合力(加速度)与其速度方向不在同一直线上,物体做曲线运动。曲线运动的合外力方向做曲线运动物体受到的合外力方向总是指向曲线的凹侧。
曲线运动的判断判断:
物体是否做曲线运动时,关键是看物体所受合力或加速度的方向与速度方向的关系,若两方向共线就是直线运动,不共线就是曲线运动。
知识拓展:
曲线运动的分析
在曲线运动中:当力与速度间的夹角等于90°时,作用力仅改变物体速度的方向,不改变速度的大小,例如匀速圆周运动;当夹角小于90°时,作用力不仅改变物体运动速度的方向,并且增大速度的量值;当夹角大于90°时,同样改变物体运动速度的方向,但是却减小速度的量值。在曲线运动中物体运动到某一点时,物体所受的合外力可以分解为沿速度方向和垂直速度方向两个分量,其中沿速度方向的分量改变速度的大小,垂直速度的分量改变速度的方向。曲线运动中速度的方向时刻在变,因为速度是个矢量,既有大小,又有方向,只要两者中的一个发生变化我们就是就表示速度矢量发生变化。从对加速度的定义(速度变化与发生这一变化所用时间的比值叫做加速度)可知做曲线运动的物体就具有了加速度,所以曲线运动是变速运动。
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