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如图,水平桌面上有一轻弹簧,左端固定在A点,自然状态时其右端位于B点.水平桌面右侧有一竖直放置的轨道MNP,其形状为半径R=1.0m的圆环剪去了左上角120°的圆弧,MN为其竖直直径,P点到桌面的竖直距离是h=2.4m.用质量m1=0.4kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点,释放后弹簧恢复原长时物块恰停止在B点.用同种材料、质量为m2=0.2kg的物块将弹簧缓慢压缩到C点释放,物块过B点后做匀变速运动其位移与时间的关系为s=6t-2t2,物块飞离桌面后恰好由P点沿切线落入圆轨道.(不计空气阻力,g取10m/s2,sin60°=
3
2
,cos60°=
1
2


求:(1)物块m2过B点时的瞬时速度vB及与桌面间的滑动摩擦因数μ.
(2)若轨道MNP光滑,小球经过轨道最低点N时对轨道的压力FN
(3)若小球刚好能到达轨道最高点M,则释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功W.
(1)m2过B点后遵从:s=6t-2t2
由此可知,vB=6m/s,a=-4m/s2
由牛顿第二定律得:μmg=ma,解得:μ=0.4;
(2)小球离开桌面后做平抛运动,
在竖直方向上:h=
v2y
2g
=2.4m,
P点速度在竖直方向的分量:
vy=vDtan60°=4
3
m/s,
解得离开D点的速度为vD=4m/s,
由机械能守恒定律得:
1
2
mvN2=
1
2
mvD2+mg(h+R-Rcosθ),
解得:vN2=74m2/s2
在N点,由牛顿第二定律得:
FN′-mg=m
v2N
R
,解得:FN′=42N,
由牛顿第三定律得,压力:F=F'=42N,方向竖直向下.
(3)小球刚好能到达M点,
由牛顿第二定律得:mg=m
v2M
R

小球到达P点的速度vP=
v20
+
v2y
=8m/s.
从P到M点,由动能定理得:
-mgR(1+cosθ)-WPM=
1
2
mvM2+-
1
2
mvP2,解得:WPM=2.4J;
从B到D点,由动能定理得:-WBD=
1
2
mvD2-
1
2
mvB2,解得:WBD=2J;
从C到B点,由动能定理得:EP=μm1gxCB,EP=μm2gxCB+
1
2
m2vB2
解得:3μm2gxCB=
1
2
m2vB2,WCB=3μm2gxCB=1.2J,
则释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功为:
W=WCB+WBD+WPM=1.2J+2J+2.4J=5.6J;
答:(1)物块m2过B点时的瞬时速度vB为6m/s,与桌面间的滑动摩擦因数为0.4.
(2)若轨道MNP光滑,小球经过轨道最低点N时对轨道的压力为42N方向竖直向下.
(3)若小球刚好能到达轨道最高点M,则释放后m2运动过程中克服摩擦力做的功为5.6J.
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该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有                   
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是                  ,进行实验操作时,首先要做的步骤是                   
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(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量).

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A.6JB.12JC.18JD.20J

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A.重力对物体做功为
1
2
mv2
B.起重机对物体做功为mgh
C.合外力对物体做功为
1
2
mv2
D.合外力对物体做功为
1
2
mv2
+mgh

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