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必修1
第四章 牛顿运动定律
4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)
斜面问题
如图甲所示,倾角为$\theta$的光滑斜面固定在水平地面上,细线一端与可看成质点的质量为$m$的小球相连,另一端穿入小孔$O$与力传感器(位于斜面体内部)连接,传感器可实时记录细线拉力大小及扫过的角度。初始时,细线水平,小球位于小孔$O$的右侧,现敲击小球,使小球获得一平行于斜面向上的初速度$v_{0}$,测得细线拉力$T$的大小随细线扫过角度$\alpha$的变化图像如图乙所示,图中$F_{0}$已知,小球到$O$点距离为$l$,重力加速度为$g$,则下列说法正确的是$(\qquad)$
小球位于初始位置时的加速度大小为$\\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$
","小球通过最高点时速度大小为$\\sqrt{gl}$
","小球通过最高点时速度大小为$v_{0}\\sqrt{\\dfrac{mg\\sin\\theta}{F_{0}}}$
","小球通过最低点时速度大小为$v_{0}\\sqrt{\\dfrac{F_{0}-mg\\sin\\theta}{F_{0}}}$
"]$\rm A$.小球位于初始位置时的向心加速度为$a_{1}=\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,沿斜面向下的加速度为$a_{2}=g\sin\theta$,根据加速度的合成知识可知,小球位于初始位置时的加速度大于$\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,故$\rm A$错误;
$\rm B$.由图乙可知,小球通过最高点时细线的拉力为零,在斜面上重力和支持力的合力提供向心力,则有$mg\sin\theta=m\dfrac{v_{1}^{2}}{l}$,解得$v_{1}=\sqrt{gl\sin\theta}$,故$\rm B$错误;
$\rm C$.小球在初始位置时,有$F_{0}=m\dfrac{v_{0}^{2}}{l}$,则小球通过最高点时速度为$v_{1}=\sqrt{gl\sin\theta}=\sqrt{\dfrac{mg\sin\theta}{F_{0}}}v_{0}$,故$\rm C$正确;
$\rm D$.小球通过最低点时,有$2F_{0}-mg\sin\theta=m\dfrac{v_{2}^{2}}{l}$,解得小球通过最低点的速度为$v_{2}=\sqrt{\dfrac{2F_{0}-mg\sin\theta}{F_{0}}}v_{0}$,故$\rm D$错误。
故选:$\rm C$。
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