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如图所示,在竖直平面内固定有两个很靠近的同心圆形轨道,外圆ABCD的光滑,内圆A′B′C′D′的上半部分B′C′D′粗糙,下半部分B′A′D′光滑。一质量m=0.1kg的小球从轨道的最低点A,以初速度v0向右运动,球的尺寸略小于两圆间距,球运动的半径R=0.2m,取g=10m/s2

(1)若要使小球始终紧贴外圆做完整的圆周运动,初速度v0至少为多少?
(2)若v0=3m/s,经过一段时间小球到达最高点,内轨道对小球的支持力N=1N,则小球在这段时间内克服摩擦力做的功是多少?
(3)若v0=3m/s,经过足够长的时间后,小球经过最低点A时受到的支持力为多少?小球在整个运动过程中减少的机械能是多少?
(本题12分。第一小题3分。第2小题3分,第3小题6分)

(1)(2)(3)

解析试题分析:(1)设此情形下小球到达最高点的最小速度为vC,则有

从最低点到最高点根据动能定理有
代入数据解得 
(2)设此时小球到达最高点的速度为,则

设克服摩擦力做的功为W,从最低点到最高点根据动能定理有

代入数据解得
(3)经足够长时间后,小球在下半圆轨道内做往复运动,设小球经过最低点的速度为,受到的支持力为,则有


代入数据解得
设小球在整个运动过程中减少的机械能为,由功能关系有

代入数据解得
考点:圆周运动 动能定理 功能关系

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

(14分)如图所示,一个内壁光滑的细管弯成半径为R的半圆形轨道CD,竖直放置,其内径略大于小球的直径,水平轨道与竖直半圆轨道在C点连接完好。置于水平轨道上的弹簧左端与竖直墙壁相连,B处为弹簧的自然状态。将一个质量为m的小球放在弹簧的右侧后,用力向左侧推小球而压缩弹簧至A处,然后将小球由静止释放,小球刚好能运动到D处。水平轨道以B处为界,左侧AB段长x=R,与小球的动摩擦因数为μ,右侧BC段光滑。求:

(1)小球运动到轨道C点时对轨道的压力
(2)弹簧在压缩时所储存的弹性势能

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某金属板M受到某种紫外线照射时会不停地发射电子,射出的电子具有不同的方向,其速度大小也不相同。在M旁放置一个金属网N。如果用导线将MN连接起来,M射出的电子落到N上便会沿导线返回M,从而形成电流。现在不把M、N直接相连,而如图所示在M、N之间加一个电压U,发现当U>12.5V时电流表中就没有电流。问:被这种紫外线照射出的电子,最大速度是多少?(已知电子质量me=0.91×10-30kg)

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在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论。如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点, 选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角=53o,绳的悬挂点O距水面的高度为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深。取重力加速度, ()

(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若绳长L="2m," 选手摆到最高点时松手落入水中。设水对选手的平均浮力,平均阻力,求选手落入水中的深度
(3)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳认为绳越短,落点距岸边越远,请通过推算说明你的观点。

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(14分)如图所示,固定于同一条竖直线上的A、B是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量分别为+Q和-Q,A、B相距为2d.MN是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球p,其质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷,不影响电场的分布.),现将小球p从与点电荷A等高的C处由静止开始释放,小球p向下运动到距C点距离为d的O点时速度为v,已知MN与AB之间的距离为d,静电力常量为k,重力加速度为g.求:

(1)C、O间的电势差UCO
(2)小球p在O点时的加速度;
(3)小球p经过与点电荷B等高的D点时的速度大小.

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如图所示,固定斜面AB、CD与竖直光滑圆弧BC相切于B、C点,两斜面的倾角θ=37°,圆弧BC半径R=2m.一质量m=1kg的小滑块(视为质点)从斜面AB上的P点由静止沿斜面下滑,经圆弧BC冲上斜面CD.已知P点与斜面底端B间的距离L1=6m,滑块与两斜面间的动摩擦因数均为μ=0.25,g=10m/s2.求:

(1)小滑块第1次经过圆弧最低点E时对圆弧轨道的压力;
(2)小滑块从静止开始下滑到第n次到达B点的过程中在斜面AB上运动通过的总路程.

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科目:高中物理 来源: 题型:计算题

由相同材料的木板搭成的轨道如图,其中木板AB、BC、CD、DE、EF┅长均为L=1.5m,木板OA和其它木板与水平地面的夹角都为β=370(sin370=0.6,con370=0.8),一个可看成质点的物体在木板OA上从图中的离地高度h=1.8m处由静止释放,物体与木板的动摩擦因数都为μ=0.2,在两木板交接处都用小曲面相连,使物体能顺利地经过它,既不损失动能,也不会脱离轨道。在以后的运动过程中,重力加速度取10m/s2,问:

(1)物体能否静止在木板上?请说明理由。
(2)物体运动的总路程是多少?
(3)物体最终停在何处?并作出解释。

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⑴A物体刚要着地时的B的速度大小;
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(14分).如图甲所示,一条轻质弹簧左端固定在竖直墙面上,右端放一个可视为质点的小物块,小物块的质量为m="1.0" kg,当弹簧处于原长时,小物块静止于O点。现对小物块施加一个外力F,使它缓慢移动,将弹簧压缩至A点,压缩量为x="0.1" m,在这一过程中,所用外力F与压缩量的关系如图乙所示。然后撤去F释放小物块,让小物块沿桌面运动,已知O点至桌边B点的距离为L=2x,水平桌面的高为h=5.0m,计算时,可用滑动摩擦力近似等于最大静摩擦力。(g取10 m/s2) 求:

(1)在压缩弹簧过程中,弹簧存贮的最大弹性势能.
(2)小物块落地点与桌边B的水平距离.

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