Question

（22分）如圖a所示，水平桌面的左端固定一個豎直放置的光滑圓弧軌道, 圓弧軌道底端與水平桌面相切C點,桌面CD長L＝1 m，高h₂=0.5m，有質量為m（m為末知）的小物塊從圓弧上A點由靜止釋放，A點距桌面的高度h₁="0.2m," 小物塊經過圓弧軌道底端滑到桌面CD上，在桌面CD上運動時始終受到一個水平向右的恒力F作用．然后從D點飛出做平拋運動,最后落到水平地面上.設小物塊從D點飛落到的水平地面上的水平距離為x，如圖b是x²－F的圖像，取重力加速度g="10" m/s²．


（1）試寫出小物塊經D點時的速度v_D與x的關系表達式;
（2）小物體與水平桌面ＣD間動摩擦因數μ是多大？
（3）若小物體與水平桌面ＣD間動摩擦因數μ是從第⑵問中的μ值的一半，再將小物塊從A由靜止釋放,經過D點滑出后的水平位移大小為1 m,求此情況下的恒力F的大小？

Answer 1

⑴ 或   ⑵μ=0.35  ⑶F=1.9N    

解析試題分析：⑴物體從D滑出后做平拋運動,則
   
    
代入化簡可得 或   
⑵由A→D全程動能定理得
   
           
代入整理得         
    
由圖可知b =-0.3
代入計算可得μ=0.35         
⑶由第（2）可知        
由乙圖可知k ="0." 5
代入計算得
m =0.4kg      
由A→D全程動能定理得
     
由題可知：x=1m
由第（1）問知
則代入計算得F=1.9N    
考點：機械能守恒定律；牛頓第二定律；平拋運動；動能定理的應用．
點評：題關鍵是分析清楚物體的運動情況，然后根據動能定理、平拋運動知識、牛頓第二定律列式求解．