(2014•烟台二模)如图所示,一固定的[1/4]圆弧轨道.半径为1.25m,表面光滑,其底端与水平面相切,且与水平面右
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解题思路:(1)在圆弧底端物块受到的支持力和重力的合力提供圆周运动向心力,据牛顿第二定律求解支持力的大小;(2)物块在木板上先做加速运动,再做减速运动,根据速度位移关系和位移时间关系进行分析求解;(3)物块离开木板做平抛运动,根据平抛知识求物块落地时的速度大小和水平距离.

(1)物块从[1/4]圆弧滑至最低点过程中只有重力做功,根据动能定理有:

mgR=

1

2mv2−0

得在轨道最低点物块的速度v=

2gR=

2×10×1.25m/s=5m/s

物块在最低点时支持力和重力的合力提供圆周运动向心力,

由牛顿第二定律有:

FN−mg=m

v2

R

得FN=mg+m

v2

R=1×10+1×

52

1.25N=30N

(2)木板做匀速直线运动,运动到P的时间

t1=

x

v=

6

6s=1s

对于物块在摩擦力作用下产生加速度的大小

a1=a2=

μmg

m=μg=1m/s2

由于滑上木板时物块速度小于木板速度,故在摩擦力作用下做加速运动,

物体的末速度v1=v+a1t1=5+1×1m/s=6m/s

物块产生的位移x1=vt1+

1

2a1

t21=5×1+

1

2×1×12m=5.5m

木板运动1s后停止运动,此时物块在摩擦力作用下做减速运动,

此时初速度v1=6m/s,加速度大小a2=1m/s2,

位移x2=x-x1=6-5.5m=0.5m

物块做匀减速运动过程中根据速度位移关系有:

v22−

v21=−2a2x2

得物块离开木板时的速度:

v2=

v21−2a2x2=

62−2×2×0.5m/sv2=

v21−2a2x2=

62−2×1×0.5m/s=

35m/s≈5.9m/s

(3)物块离开木板做平抛运动有:

水平方向:x3=v2t

竖直方向:h=

1

2gt2

由竖直方向:t=

2h

g=

2×1.75

10s=

0.35s

所以x3=v2t=

35

0.35m=3.5m

物块的速度v′=

v22+(gt)2=

(

35)2+(10×

0.35)2m/s=

70m/s=8.4m/s

答:(1)物块滑到弧形轨道底端受到的支持力大小为30N;

(2)物块离开木板时的速度大小为5.9m/s;

(3)物块落地时的速度大小为8.4m/s及落地点与P点的水平距离为3.5m.

点评:

本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

考点点评: 本题综合圆周运动、匀变速直线运动和平抛运动,掌握相关运动的基本规律是解决问题的关键,本题综合性较大,学生感觉比较难.

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