Question

如圖所示，半徑R=0.4m的光滑半圓軌道與粗糙的水平面相切于A點，質量為m=1kg的小物體（可視為質點）在水平拉力F的作用下，從靜止開始由C點運動到A點，物體從A點進入半圓軌道的同時撤去外力F，物體沿半圓軌道通過最高點B后做平拋運動，正好落在C點，已知x_AC=2m，F=15N，g取10m/s²，試求：
（1）物體在B點時的速度大小以及此時半圓軌道對物體的彈力大小；
（2）物體從C到A的過程中，摩擦力做的功．

Answer 1

【答案】分析：小物體的運動分三個階段：C到A的勻加速運動，A到B的圓周運動，B到C的平拋運動．分析各段運動的受力及運動情況，再具體選擇相應的規律求解．因此，求B的速度大小通過B到C的平拋運動過程來求，然后在B點運用牛頓第二定律列式求半圓軌道對物體的彈力大小．最后分析C到B段各力做功情況，運用動能定理求出物體從C到A的過程中摩擦力做的功．
解答：解：（1）設物體在B點的速度為v，由B到C做平拋運動，
豎直方向有：2R=gt²
水平方向有：x_AC=vt
∴聯立以上兩式解得物體在B點時的速度大小為：v===m/s=5 m/s
分析物體在B點的受力由牛頓第二定律得：F_N+mg=
∴解得半圓軌道對物體的彈力大小為：F_N=-mg=N-1×10N=52.5 N
（2）A到B過程，由機械能守恒定律得：mv_A²=mv²+2mgR
由C到A應用動能定理可知：（F-F_f）x_AC=mv_A²
所以，聯立以上兩式解得物體從C到A的過程中摩擦力做的功為：W_f=-F_f?x_AC=mV_A²FX_AC=×1×41J-15×2J=-9.5 J．
 答案：（1）5 m/s 52.5 N （2）-9.5 J
點評：本題的解答重在過程分析，分析各個過程的受力情況、各力做功情況、運動特點，然后選擇平拋運動規律、牛頓第二定律、機械能守恒定律、動能定理等規律來求解，是一道綜合性比較強的題目．