問題詳情:
如圖所示,光滑軌道ABCD由傾斜軌道AB和半圓軌道BCD組成。傾斜軌道AB與水平地面的夾角為θ,半圓軌道BCD的半徑為R,BD豎直且為直徑,B為最低點,O是BCD的圓心,C是與O等高的點。一個質量為m的小球在斜面上某位置由靜止開始釋放,小球恰好可以通過半圓軌道最高點D。小球由傾斜軌道轉到圓軌道上時不損失機械能。重力加速度為g。求:
(1)小球在D點時的速度大小
(2)小球開始下滑時與水平地面的豎直高度與半圓半徑R的比值。
(3)小球滑到斜軌道最低點B時(仍在斜軌道上),重力做功的瞬時功率
【回答】
(1) (2) (3)
【解析】
試題分析:本題中,小球經歷了沿斜面向下的勻加速運動,還有平面內的圓周運動。考查了學生利用已知物理模型,靈活處理實際問題的能力。題目中小球運動過程中,滿足機械能守恆。
(1)小球恰好可以通過半圓軌道最高點D,則在最高點滿足:
故小球在D點的速度
(2)設小球開始下滑時與水平地面的高度為h
則從開始下滑,一直到圓弧軌道最高點D,根據動能定理可知:
解得:
(3)設小球到達最低點B時的速度大小為,則滑到最低點B的過程中
滿足方程: 解得
所以在B點,小球重力的瞬時功率
【點睛】(1)小球恰好通過圓弧軌道的最高點,這是一個輕繩模型,由此可判斷,此時在D點,只有重力充當向心力,可以求出小球在D點的速度。(2)確定好物理過程的初、末位置及狀態後,根據機械能守恆,或利用動能定理,均可求解相關量;(3)重力的瞬時功率,應等於重力與重力方向分速度的乘積。
知識點:機械能守恆定律單元測試
題型:計算題