第1页共4页微专题训练15应用动力学和能量观点解决多过程问题1.如图1所示,粗糙水平面与半径R=1.5m的光滑14圆弧轨道相切于B点,静止于A处m=1kg的物体在大小为10N、方向与水平面成37°角的拉力F作用下沿水平面运动,到达B点时立刻撤去F,物体沿光滑圆弧向上冲并越过C点,然后返回经过B处的速度vB=15m/s.已知sAB=15m,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:图1(1)物体到达C点时对轨道的压力;(2)物体与水平面间的动摩擦因数μ.解析(1)设物体在C处的速度为vC,由机械能守恒定律有mgR+12mv2C=12mv2B在C处,由牛顿第二定律有FC=mv2CR代入数据解得:轨道对物体的支持力FC=130N根据牛顿第三定律,物体到达C点时对轨道的压力F′C=130N(2)由于圆弧轨道光滑,物体第一次通过B处与第二次通过的速度大小相等从A到B的过程,由动能定理有:[Fcos37°-μ(mg-Fsin37°)]sAB=12mv2B解得物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.125答案(1)130N(2)0.1252.如图2所示半径分别为2R和R的甲、乙两光滑圆形轨道固定放置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条水平轨道CD相连,曲面轨道与水平面轨道在B处光滑连接(物块经过B点时没有机械能损失),现有一小物块从斜面上高h处的A点由静止释放,曲面轨道以及水平轨道BC段是光滑的,小物块与CD段第2页共4页以及D右侧的水平轨道间的动摩擦因数均为μ.已知小物块通过甲轨道最高点时与轨道间压力为物块重力的3倍,而后经过有摩擦的CD段后又进入乙轨道运动.图2(1)求初始释放物块的高度h;(2)为避免出现小物块脱离圆形轨道乙而发生撞轨现象,则CD段的长度应满足什么条件?解析(1)物块从静止开始下滑到甲圆形轨道最高点过程中,由机械能守恒定律得:mg(h-4R)=12mv2而mg+FN=mv22R,且FN=3mg得h=8R(2)设CD段长度为x,若能通过乙圆形轨道最高点,则mg(h-2R)-μmgx=12mv′2而FN′+mg=mv′2R因为FN′≥0,所以有v′≥gR所以:x=h-2Rμ-v′22μg,得x≤11R2μ若未到达圆心对应的水平线速度就减小到零,设能上升的高度为h′,则有:mg(h-h′)-μmgx=0而0h′≤R,所以8Rμx≥7Rμ答案(1)8R(2)7Rμ≤x8Rμ3.如图3所示,斜面倾角为θ,在斜面底端垂直斜面固定一挡板,轻质弹簧一第3页共4页端固定在挡板上,质量为M=1.0kg的木板与轻弹簧接触、但不拴接,弹簧与斜面平行、且为原长,在木板右上端放一质量为m=2.0kg的小金属块,金属块与木板间的动摩擦因数为μ1=0.75,木板与斜面粗糙部分间的动摩擦因数为μ2=0.25,系统处于静止状态.小金属块突然获得一个大小为v1=5.3m/s、平行斜面向下的速度,沿木板向下运动.当弹簧被压缩x=0.5m到P点时,金属块与木板刚好达到相对静止,且此后运动过程中,两者一直没有发生相对运动.设金属块从开始运动到木块达到共速共用时间t=0.75s,之后木板压缩弹簧至最短,然后木板向上运动,弹簧弹开木板,弹簧始终处于弹性限度内,已知sinθ=0.28、cosθ=0.96,g取10m/s2,结果保留二位有效数字.图3(1)求木板开始运动瞬间的加速度;(2)假设木板由P点压缩弹簧到弹回P点过程中不受斜面摩擦力作用,求木板离开弹簧后沿斜面向上滑行的距离.解析(1)对金属块,由牛顿第二定律可知加速度大小为a=μ1gcosθ-gsinθ=4.4m/s2,沿斜面向上木板受到金属块的滑动摩擦力F1=μ1mgcosθ=14.4N,沿斜面向下木板受到斜面的滑动摩擦力F2=μ2(M+m)gcosθ=7.2N,沿斜面向上木板开始运动瞬间的加速度a0=Mgsinθ+F1-F2M解得a0=10m/s2,沿斜面向下(2)设金属块和木板达到共同速度为v2,对金属块,应用速度公式有v2=v1-at=2.0m/s在此过程中以木板为研究对象,设弹簧对木板做功为W,对木板运用动能定理得Ma0x+W=12Mv22第4页共4页解得W=-3.0J,说明此时弹簧的弹性势能Ep=3.0J金属块和木板达到共速后压缩弹簧,速度减小为0后反向弹回,设弹簧恢复原长时木板和金属块的速度为v3,在此过程中对木板和金属块,由能量的转化和守恒得:Ep-(F2+Mgsinθ+mgsinθ)x=12(M+m)v23-12(M+m)v22木板离开弹簧后,设滑行距离为s,由动能定理得:-(M+m)g(μ2cosθ+sinθ)s=-12(M+m)v23解得s=0.077m答案(1)10m/s2,沿斜面向下(2)0.077m