高中 | 动能定理解决曲线问题 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

动能定理解决曲线问题

如图所示,一半径为$R$、粗糙程度处处相同的半圆形轨道水平固定在水平桌面内,$A$$C$为直径的两个端点,轨道上$B$点的切线与$AC$连线平行。质量为$m$的物块从$A$点正前方的$P$点以$\sqrt{3gR}$的速度开始向$A$点运动,物块经过$A$点时对轨道的压力大小为$2mg$,经过$C$点时对轨道的压力大小为$mg$,已知物块与水平桌面间的动摩擦因数为$0.5$,不计物块的大小和空气阻力,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$P$$A$间的距离$2R$

","

物块从$A$$C$的过程中克服摩擦力做功为$\\dfrac{1}{2}mgR$

","

物块到达$B$点时对轨道的压力等于$\\dfrac{3}{2}mg$

","

物块离$B$点的最大距离为$2R$

"]
[["B"]]

$\rm A$、在$A$点,由牛顿第二定律得:$2mg=m\dfrac{v_{A}^{2}}{R}$,物块从$P$$A$过程,由动能定理得:$-\mu mgL_{PA}=\dfrac{1}{2}mv_{A}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{P}^{2}$,解得:$L_{PA}=R$,故$\rm A$错误;

$\rm B$、在$C$点,由牛顿第二定律得:$mg=m\dfrac{v_{C}^{2}}{R}$,从$A$$C$过程,由动能定理得:$-W_{1}=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}-\dfrac{1}{2}mv_{A}^{2}$,解得:$W_{1}= \dfrac{1}{2}mgR$,故$\rm B$正确;

$\rm C$、物块从$A$$C$过程做减速运动,做圆周运动所需向心力变小,物块与轨道间的弹力减小,物块受到轨道的摩擦力减小,

$A$$B$过程摩擦力对物块做的功大于从$B$$C$过程摩擦力对物块做的功,物块从$A$$B$过程中克服摩擦力做功大于 $\dfrac{1}{4}mgR$,则物块到达$B$点时对容器的压力小于 $\dfrac{3}{2}mg$,故$\rm C$错误;

$\rm D$、物块从$C$到停止运动过程,由动能定理得:$-\mu mgx=0-\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}$,解得:$x=R$,物块离$B$点的最大距离$s= \sqrt{(x+R)^{2}+R^{2}}=\sqrt{(R+R)^{2}+R^{2}}=\sqrt{5}R$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm B$

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