| 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,在水平地面上有一圆弧形凹槽$ABC$$AC$连线与地面相平,凹槽$ABC$是位于竖直平面内以$O$为圆心、半径为$R$的一段圆弧,$B$为圆弧最低点,而且$AB$段光滑,$BC$段粗糙。现有一质量为$m$的小球(可视为质点),从水平地面上$P$处以初速度$v_{0}$斜向右上方飞出,$v_{0}$与水平地面夹角为$\theta$,不计空气阻力,该小球恰好能从$A$点沿圆弧的切线方向进入轨道,沿圆弧$ABC$继续运动后从$C$点以速率$\dfrac{v_{0}}{2}$飞出。重力加速度为$g$,则下列说法中正确的是$(\qquad)$

["

小球由$P$$A$的过程中,离地面的最大高度为$\\dfrac{v_{0}^{2}\\sin^{2}\\theta}{g}$

","

小球进入$A$点时重力的瞬时功率为$mgv_{0}$

","

小球在圆弧形轨道内克服摩擦做功为$\\dfrac{3mv_{0}^{2}}{8}$

","

小球经过圆弧形轨道最低点$B$处受到轨道的支持力大小为$\\dfrac{mv_{0}^{2}}{R}$

"]
[["C"]]

$\rm A$、小球做斜抛运动,在竖直方向上做匀减速运动,则有:$-2gh=0 − (v_{0}\sin\theta)^{2}$

解得:$h=\dfrac{v_{0}^{2}\sin^{2}\theta}{2g}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$、小球从$P$点做斜抛运动,落地时速度为$v_{0}$,与水平面的夹角也为$\theta$,则重力的瞬时功率为:$P=mgv_{0}\sin\theta$,故$\rm B$错误;

$\rm C$、小球从$P$$C$根据动能定理可知:$- W=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$

解得:$W=\dfrac{3mv_{0}^{2}}{8}$,故$\rm C$正确;

$\rm D$、从$P$$B$的过程,根据动能定理可知:$mgR(1-\cos\theta)=\dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}$

$B$点,根据牛顿第二定律可得:$F_{N}-mg=\dfrac{mv_{B}^{2}}{R}$

联立解得:$F_{N}=mg(3-2\cos\theta)+\dfrac{mv_{0}^{2}}{R}$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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