Question

13．如圖所示，光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形軌道在B點(diǎn)銜接，導(dǎo)軌半徑為R，一個質(zhì)量為m的靜止物塊在A處壓縮彈簧，在彈力的作用下獲某一向右速度，當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌瞬間對導(dǎo)軌的壓力為其重力的7倍，之后向上運(yùn)動恰能完成半圓周運(yùn)動到達(dá)C點(diǎn)，求
（1）彈簧對物塊的彈力做的功；
（2）物塊從B到C克服阻力做的功；
（3）物塊離開C點(diǎn)后落回水平面時動能的大�。�

Answer 1

分析 （1）由B點(diǎn)對導(dǎo)軌的壓力可求得物體在B點(diǎn)的速度，則由動能定理可求得彈簧對物塊的彈力所做的功；
（2）由臨界條件利用向心力公式可求得最高點(diǎn)的速度，由動能定理可求得摩擦力所做的功；
（3）由C到落后地面，物體做平拋運(yùn)動，機(jī)械能守恒，則由機(jī)械能守恒定理可求得落回水平地面時的動能．

解答 解：（1）物體在B點(diǎn)時，做圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律可知：
T-mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得v=$\sqrt{6gR}$
從A到C由動能定理可得：
彈力對物塊所做的功W=$\frac{1}{2}$mv²=3mgR；
（2）物體在C點(diǎn)時由牛頓第二定律可知：
mg=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$；
對BC過程由動能定理可得：
-2mgR-W_f=$\frac{1}{2}$mv₀²-$\frac{1}{2}$mv²
解得物體克服摩擦力做功：
W_f=$\frac{1}{2}$mgR．
（3）物體從C點(diǎn)到落地過程，機(jī)械能守恒，則由機(jī)械能守恒定律可得：
2mgR=E_k-$\frac{1}{2}$mv₀²
物塊落地時的動能E_k=$\frac{5}{2}$mgR．
答：（1）彈簧對物塊的彈力做的功為3mgR；
（2）物塊從B到C克服阻力做的功為$\frac{1}{2}$mgR．
（3）物塊離開C點(diǎn)后落回水平面時動能的大小為$\frac{5}{2}$mgR．．

點(diǎn)評 解答本題首先應(yīng)明確物體運(yùn)動的三個過程，第一過程彈力做功增加了物體的動能；第二過程做豎直面上的圓周運(yùn)動，要注意臨界條件的應(yīng)用；第三過程做平拋運(yùn)動，機(jī)械能守恒．