Question

如圖所示，豎直平面內有四分之一圓弧軌道固定在水平桌面上，圓心為O點．一小滑塊自圓弧軌道A處由靜止開始自由滑下，在B點沿水平方向飛出，落到水平地面C點．已知小滑塊的質量為m=1.0kg，C點與B點的水平距離為1.0m，B點高度為1.25m，圓弧軌道半徑R=1.0m，取g=10m/s²．求小滑塊：
（1）從B點飛出時的速度大��；
（2）在B點時對圓弧軌道的壓力大小；
（3）沿圓弧軌道下滑過程中克服摩擦力所做的功．

Answer 1

【答案】分析：（1）滑塊從B點飛出后做平拋運動，由高度和水平距離可求出平拋運動的初速度，即求得從B點飛出時的速度大小；
（2）滑塊經過B點時，由重力和軌道的支持力的合力提供向心力，由牛頓第二定律求出支持力，由牛頓第三定律得到滑塊對軌道的壓力．
（3）沿圓弧軌道下滑過程中重力和摩擦力做功，根據動能定理求解滑塊克服摩擦力所做的功．．
解答：解：（1）滑塊從B點飛出后做平拋運動，設從B點飛出時的速度大小為v，則有
    豎直方向：h=
    水平方向：x=vt
解得  v=2m/s
（2）滑塊經過B點時，由重力和軌道的支持力的合力提供向心力，由牛頓第二定律得
    N-mg=m
解得  N=14N
根據牛頓第三定律得，在B點時滑塊對圓弧軌道的壓力大小為N′=N=14N，方向豎直向下．
（3）設沿圓弧軌道下滑過程中滑塊克服摩擦力所做的功為W，由動能定理得
    mgR-W=
解得  W=8J
答：（1）從B點飛出時的速度大小為2m/s；
（2）在B點時對圓弧軌道的壓力大小是14N；
（3）沿圓弧軌道下滑過程中克服摩擦力所做的功是8J．
點評：本題是平拋運動和動能定理的綜合應用，速度是它們之間聯系的紐帶．根據動能定理求解變力做功是常用的思路．