Question

(15分)如圖所示,粗糙水平軌道AB與豎直平面內(nèi)的光滑半圓軌道BC在B處平滑連接,B、C分別為半圓軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn).一個(gè)質(zhì)量m=0.1kg的小物體P被一根細(xì)線拴住放在水平軌道上,細(xì)線的左端固定在豎直墻壁上.在墻壁和P之間夾一根被壓縮的輕彈簧,此時(shí)P到B點(diǎn)的距離X₀=0.5m.物體P與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,半圓軌道半徑R=0.4m.現(xiàn)將細(xì)線剪斷,P被彈簧向右彈出后滑上半圓軌道,并恰好能經(jīng)過C點(diǎn).g取10m/s².求:

(1)P經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力；

(2)細(xì)線未剪斷時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能.

Answer 1

(15分)解：(1)P恰好能經(jīng)過C點(diǎn)，設(shè)其速度為v_c，

由向心力公式有                                    2分

解得                              1分

P從B到C的過程中機(jī)械能守恒，設(shè)P經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度為v_B，則有

                                     2分

解得                 1分

設(shè)小球剛過B時(shí)受到圓軌道的支持力為N_B，由向心力公式有

                                            2分

解得                 1分

由牛頓第三定律可得，

物體剛過B點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為6N，方向豎直向下．      1分

(2)設(shè)細(xì)線剪斷前彈簧的彈性勢(shì)能為E_P．從剪斷細(xì)線到P經(jīng)過B點(diǎn)的過程中，由能量守恒可得                                         3分

解得   2分