如图甲所示,长为4 m的水平轨道AB与半径为R=0.6 m的竖直半圆弧轨道BC在B处相连接。有一质量为1 kg的滑块(大小不计),从A处由静止开始受水平向右的力F作用,F随位移变化的关系如图乙所示。滑块与水平轨道AB间的动摩擦因数为μ=0.25,与半圆弧轨道BC间的动摩擦因数未知,g取10 m/s2。求:
(1)滑块到达B处时的速度大小;
(2)滑块在水平轨道AB上运动前2 m路程所用的时间;
(3)若到达B点时撤去F,滑块沿半圆弧轨道内侧上滑,并恰好能到达最高点C,滑块在半圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。
【答案】(1)2 m/s (2) 35(8) s (3)5 J
【解析】(1)对滑块从A到B的过程,由动能定理得
F1x1+F3x3-μmgx=2(1)mvB2
解得vB=2 m/s。
(2)在前2 m路程内,有F1-μmg=ma,且x1=2(1)at12
解得t1= 35(8) s。
(3)当滑块恰好能到达最高点C时,
有mg=mR(vC2)
对滑块从B到C的过程,由动能定理得
Wf-mg·2R=2(1)mvC2-2(1)mvB2
解得Wf=-5 J,
即克服摩擦力做的功为5 J。
(1)滑块到达B处时的速度大小;
(2)滑块在水平轨道AB上运动前2 m路程所用的时间;
(3)若到达B点时撤去F,滑块沿半圆弧轨道内侧上滑,并恰好能到达最高点C,滑块在半圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。
【答案】(1)2 m/s (2) 35(8) s (3)5 J
【解析】(1)对滑块从A到B的过程,由动能定理得
F1x1+F3x3-μmgx=2(1)mvB2
解得vB=2 m/s。
(2)在前2 m路程内,有F1-μmg=ma,且x1=2(1)at12
解得t1= 35(8) s。
(3)当滑块恰好能到达最高点C时,
有mg=mR(vC2)
对滑块从B到C的过程,由动能定理得
Wf-mg·2R=2(1)mvC2-2(1)mvB2
解得Wf=-5 J,
即克服摩擦力做的功为5 J。