如图所示,光滑水平面右端B处连接一个竖直的半径为R的光滑半圆轨道,在离B距离为x的A点,用水平恒力将质量为m的质点从静止开始推到B处后撤去恒力,质点沿半圆轨道运动到C处后
◎ 题目
如图所示,光滑水平面右端B处连接一个竖直的半径为R的光滑半圆轨道,在离B距离为x的A点,用水平恒力将质量为m的质点从静止开始推到B处后撤去恒力,质点沿半圆轨道运动到C处后又正好落回A点: (1)求推力对小球所做的功. (2)x取何值时,完成上述运动所做的功最少?最小功为多少. (3)x取何值时,完成上述运动用力最小?最小力为多少. |
◎ 答案
(1)由题意,质点从半圆弧轨道做平抛运动又回到A点,设质点在C点的速度为vC,质点从C点运动到A点所用的时间为t,则 在水平方向:x=vCt ① 竖直方向上:2R=
解①②有 vC=
对质点从A到C,由动能定理有 WF-mg?2R=
解得 WF=
(2)要使F力做功最少,确定x的取值,由④式得 WF=mg?2R+
若质点恰好能通过C点,其在C点最小速度为v, 由牛顿第二定律有 mg=
由③⑥有
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