如图所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形轨道在B点衔接,导轨半径为R,一个质量为m的静止物块在A处压缩弹簧,在弹力的作用下获某一向右速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍,之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C点,求:
(1)开始时弹簧储存的弹性势能;
(2)物块从B到C克服阻力做的功;
(3)物块离开C点后落回水平面时的水平距离及动能的大小。
(1)(2)(3);
【解析】
由B点对导轨的压力可求得物体在B点的速度,则由动能定理可求得弹簧对物块的弹力所做的功,根据能量守恒知开始时弹簧储存的弹性势能;由临界条件利用向心力公式可求得最高点的速度,由动能定理可求得摩擦力所做的功;由C到落后地面,物体做平抛运动,机械能守恒,则由机械能守恒定理可求得落回水平地面时的动能
【详解】
(1)设物块滑到B点的速度为;由牛顿第二定律可得:,;
得;
设开始时弹簧储存的弹性势能为;由,
A至B光滑,即,
联立解得;
(2)设物块恰能到达C点的速度为;由得;
设物块从B到C克服阻力做的功为;
由能量守恒可得,
解得;
(3)物块离开C点做平抛运动;由,,得
由能量守恒可得,解得.
【点睛】
解答本题首先应明确物体运动的三个过程,第一过程弹力做功增加了物体的动能;第二过程做竖直面上的圆周运动,要注意临界条件的应用;第三过程做平抛运动,机械能守恒.
弯道的情况:
火车转弯情况:外轨略高于内轨,使得所受重力和支持力的合力提供向心力,以减少火车轮缘对外轨的压力。
①当火车行使速率v等于v规定时,F合=F向心,内、外轨道对轮缘都没有侧压力;
②当火车行使速率v大于v规定时,F合<F向心,外轨道对轮缘都有侧压力;
③当火车行使速率v小于v规定时,F合>F向心,内轨道对轮缘都有侧压力。
对弯道问题的处理方法:
①、确定物体运动平面,圆心,半径。
②、受力分析,确定向心力的大小。
③、由向心力得到其它的各个物理量。
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