(2)两平行金属板M、N之间的垂直距离d至少为L时才能保证小球不打在N板上.
【点评】本题考查了带电小球在复合场中的运动,掌握处理平抛运动或类平抛运动的方法,
结合牛顿第二定律、动能定理和运动学公式综合求解,本题有一定的难度.
17.如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B,C是最低点,圆心角∠BOC=37°,D与圆心O等高,圆弧轨道半径R=1.0m,现有一个质量为m=0.2kg可视为质点的小物体,从D点的正上方E点处自由下落,DE距离h=1.6m,
2
小物体与斜面AB之间的动摩擦因数μ=0.5.取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10m/s.求: (1)小物体第一次通过C点时对轨道的压力;
(2)要使小物体不从斜面顶端飞出,斜面至少要多长;
(3)若斜面已经满足(2)要求,请首先判断小物体是否可能停在斜面上.再研究小物体从E点开始下落后,整个过程中系统因摩擦所产生的热量Q的大小.
【考点】动能定理;功能关系. 【专题】动能定理的应用专题. 【分析】(1)由机械能守恒可求得物体在C点的速度,C点物体做圆周运动,则由牛顿第二定律充当向心力可求得支持力;
(2)要使物体不飞出,则到达A点时速度恰为零,则由动能定理可求得AB的长度; (3)由于摩擦力小于重力的分力,则物体不会停在斜面上,故最后物体将稳定在C为中心的圆形轨道上做往返运动,由功能关系可求得热量Q. 【解答】解:(1)小物体从E到C,由能量守恒得:
①
在C点,由牛顿第二定律得:FN﹣mg=m
,②
联立①②解得FN=12.4 N.
根据牛顿第三定律有,F′N=FN=12.4N,方向竖直向下. (2)从E→D→C→B→A过程,由动能定理得: WG﹣Wf=0,③
WG=mg[(h+Rcos37°)﹣LABsin 37°],④
Wf=μmgcos 37°?LAB,⑤
联立③④⑤解得LAB=2.4 m.
(3)因为mgsin 37°>μmgcos 37°(或μ<tan 37°),
所以,小物体不会停在斜面上.小物体最后以C为中心,B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动,
从E点开始直至运动稳定,系统因摩擦所产生的热量,
Q=△Ep,⑥
△Ep=mg(h+Rcos 37°),⑦ 联立⑥⑦解得Q=4.8 J. 答:(1)小物体第一次通过C点时对轨道的压力为12.4N; (2)要使小物体不从斜面顶端飞出,斜面至少要2.4m;
(3)若斜面已经满足(2)要求,小物体是不能停在斜面上.再研究小物体从E点开始下落后,整个过程中系统因摩擦所产生的热量Q的大小为4.8J
【点评】在考查力学问题时,常常将动能定理、机械能守恒及牛顿第二定律等综合在一起进行考查,并且常常综合平抛、圆周运动及匀变速直线运动等运动的形式.