如图,光滑水平面AB与竖直面的半圆形导轨在B点相连接,导轨半径为R,一质量为m的静止木块在A处压缩弹簧,释放后,木块获得一向右的初速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图,光滑水平面AB与竖直面的半圆形导轨在B点相连接,导轨半径为R,一质量为m的静止木块在A处压缩弹簧,释放后,木块获得一向右的初速度,当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力是其重力的7倍,之后向上运动恰能通过轨道顶点C,不计空气阻力,试求:
(1)弹簧对木块所做的功;
(2)木块从B到C过程中克服摩擦力做的功;
(3)木块离开C点落回水平面所需的时间和落回水平面时的动能.
魔方格

◎ 答案

(1)物体在B点时,做圆周运动,由牛顿第二定律可知:
T-mg=m
v2
R

解得v=

6gR

从A到C由动能定理可得:
弹力对物块所做的功W=
1
2
mv2=3mgR;
(2)物体在C点时由牛顿第二定律可知:
mg=m
v20
R

对BC过程由动能定理可得:
-2mgR-Wf=
1
2
mv02-
1
2
mv2
解得物体克服摩擦力做功:
Wf=
1
2
mgR.
(3)物体从C点到落地过程是平抛运动,根据平抛运动规律得:
木块离开C点落回水平面所需的时间t=

2h
g
=2

R
g

物体从C点到落地过程,机械能守恒,则由机械能守恒定律可得:
2mgR=Ek-
1
2
mv02
物块落地时的动能Ek=
5
2
mgR.
答:(1)弹簧对木块所做的功是3mgR
(2)木块从B到C过程中克服摩擦力做的功是
1
2
mgR.
(3)木块离开C点落回水平面所需的时间是2

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