如图所示,固定在竖直面内的光滑半圆形轨道与粗糙水平轨道在B点平滑连接,轨道半径R=0.5m,一质量m=0.2kg的小物块(可视为质点)放在水平轨道上的A点,A与B相距L=10m,物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.1.现用一水平恒力F向右推物块,已知F=3N,当物块运动到某点C时撤去该力,设C点到A点的距离为x.在圆轨道的最高点D处安装一压力传感器,当物块运动到D点时传感器就会显示相应的读数FN,压力传感器所能承受的最大压力为90N,g取10m/s2.(1)当x=1m时,物块运动到圆轨道上的B点时对轨道的压力是多大?(2)要使物块能够安全通过圆轨道的最高点D,求x的范围;(3)在满足(2)问的情况下,在坐标系中作出压力传感器的读数FN与x的关系图象.

问题描述:

如图所示,固定在竖直面内的光滑半圆形轨道与粗糙水平轨道在B点平滑连接,轨道半径R=0.5m,一质量m=0.2kg的小物块(可视为质点)放在水平轨道上的A点,A与B相距L=10m,物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.1.现用一水平恒力F向右推物块,已知F=3N,当物块运动到某点C时撤去该力,设C点到A点的距离为x.在圆轨道的最高点D处安装一压力传感器,当物块运动到D点时传感器就会显示相应的读数FN,压力传感器所能承受的最大压力为90N,g取10m/s2

(1)当x=1m时,物块运动到圆轨道上的B点时对轨道的压力是多大?
(2)要使物块能够安全通过圆轨道的最高点D,求x的范围;
(3)在满足(2)问的情况下,在坐标系中作出压力传感器的读数FN与x的关系图象.

(1)A到B的过程中推力与摩擦力做功,得:Fx-μmgL=12mvB2 ①在B点时重力与支持力的合力提供向心力,得:NB-mg=mv2BR联立解得:NB=6N   根据牛顿第三定律可得NB′=NB=6N(2)B到D的过程由动能定理得...
答案解析:(1)根据动能定理求出B点的速度,在B点,重力与支持力的合力提供滑块的向心力;
(2)要清楚的知道物体通过圆形轨道最高点的最小速度.根据压力传感器所能承受的最大压力为90N,运用牛顿第二定律求出物体在最高点的最大速度.运用动能定理求出最大和最小速度两种情况下的C点到A点的距离.
(3)也可以找到FN与x的关系,再从FN的范围求出x的范围.
考试点:动能定理的应用;牛顿第二定律;向心力.
知识点:动能定理的应用范围很广,能够求解的物理量也很多,有许多物理量含在某个物理量的表达式里面.
该题的突破口是要运用动能定理找到FN与x的关系,再从FN的范围求出x的范围.
我们在读题时要抓住题目的一些关键语言,这可能就是突破口.