| 动能定理解决多过程问题 题目答案及解析

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必修2

第七章 机械能守恒定律

7.7 动能和动能定理

动能定理解决多过程问题

如图所示,$AB$是位于竖直平面内的四分之一圆弧形的光滑绝缘轨道,半径$R=0.5\;\rm m$$OA$水平,轨道下端点$B$与水平粗糙绝缘轨道平滑连接,整个空间分布有水平向左的匀强电场,电场强度$E=1 \times 10^{4}\;\rm N/C$。有一质量$m=0.1\;\rm kg$、电荷量$q=+7.5 \times 10^{-5}\;\rm C$的小滑块(可视为质点)从水平轨道上某点$P$由静止释放,恰好能运动到$A$点。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数$\mu =0.05$,取$g=10\;\rm m/s^{2}$,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

释放点$P$$B$的水平距离为$\\dfrac{5}{28}\\;\\text{m}$

","

滑块第一次经过$B$点时,对轨道的压力大小为$1.5\\;\\rm N$

","

滑块最终停在$B$

","

滑块在粗糙段轨道上的总路程为$\\dfrac{75}{28}\\;\\text{m}$

"]
[["ABD"]]

$\rm A$.设释放点$P$$B$的水平距离为$x$,对滑块从$P$$A$的过程,根据动能定理可得$qE(x+R)-\mu mgx-mgR=0$,代入数据解得$x=\dfrac{5}{28}\;\text{m}$,故$\rm A$正确;

$\rm B$.对滑块从$B$$A$的过程,根据动能定理可得$qER-mgR=0-\dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}$,在$B$点,根据牛顿第二定律可得$F_{\text{N}}-mg=m\dfrac{v_{B}^{2}}{R}$,联立解得$F_{N}=1.5\;\rm N$,根据牛顿第三定律可知滑块对轨道的压力大小为$1.5\;\rm N$,故$\rm B$正确;

$\rm C$.因为$qE=7.5\times10^{-5}\times1\times10^{4}\;\rm N=0.75\;\rm N$$\mu mg=0.05\times0.1\times10\;\rm N=0.05\;\rm N$,则有$qE\gt\mu mg$,所以滑块不会最终停在$B$处,故$\rm C$错误;

$\rm D$.滑块最终会在$B$点上方的圆弧轨道上来回运动,且在$B$点时速度为$0$,设滑块在粗糙段轨道上的总路程为$s_{总}$,对滑块从$P$到最终状态的过程,根据动能定理可得$qEx-\mu mgs_{总}=0$,解得$s_{总}=\dfrac{75}{28}\;\text{m}$,故$\rm D$正确。

故选:$\rm ABD$

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