问题 问答题

如图所示,水平轨道AB与放置在竖直平面内的1/4圆弧轨道BC相连,圆弧轨道的B端的切线沿水平方向.一质量m=1.0kg的滑块(可视为质点),在水平恒力F=5.0N的作用下,从A点由静止开始运动,已知A、B之间的距离s=5.5m,滑块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.10,圆弧轨道的半径R=0.30m,取g=10m/s2

(1)求当滑块运动的位移为2.0m时的速度大小;

(2)当滑块运动的位移为2.0m 时撤去F,求滑块通过B点时对圆弧轨道的压力大小;

(3)滑块运动的位移为2.0m时撤去F后,若滑块恰好能上升到圆弧轨道的最高点,求在圆弧轨道上滑块克服摩擦力所做的功.

答案

(1)设滑块的加速度为a1,根据牛顿第二定律

F-μmg=ma1

解得:a1=4.0m/s2

设滑块运动的位移为2.0m时的速度大小为v,根据运动学公式

v2=2a1s1

解得:v=4.0m/s

(2)设撤去拉力F后的加速度为a2,根据牛顿第二定律

μmg=ma2

解得:a2=μg=1.0m/s2

设滑块通过B点时的速度大小为vB,根据运动学公式

v2B
-v2=-2a2(S-S1)

解得:vB=3.0m/s

设滑块在B点受到的支持力为NB,根据牛顿第二定律

NB-mg=m

v2B
R

解得:NB=40N

根据牛顿第三定律,滑块通过B点时对圆弧轨道的压力为40N.

(3)设圆弧轨道的摩擦力对滑块做功为W,根据动能定理

-mgR+W=0-

1
2
m
v2B

解得:W=-1.5J

圆弧轨道上滑块克服摩擦力所做的功为1.5J.

答:(1)求当滑块运动的位移为2.0m时的速度大小为4.0m/s;

(2)当滑块运动的位移为2.0m 时撤去F,滑块通过B点时对圆弧轨道的压力大小为40N;

(3)滑块运动的位移为2.0m时撤去F后,若滑块恰好能上升到圆弧轨道的最高点,在圆弧轨道上滑块克服摩擦力所做的功为1.5J.

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