如图所示,AB为一段弯曲轨道,固定在水平桌面上,与水平桌面相切于A点,B点距桌面的高度为h=0.6m,A、B两点间的水平距离为L=0.8m,轨道边缘B处有一轻、小定滑轮,一根轻绳两端系着质量分别为m1与m2的物体P、Q,挂在定滑轮两边,P、Q可视为质点,且m1=2.0kg,m2=0.4kg.开始时P、Q均静止,P紧靠B点,P释放后沿弯曲轨道向下运动,运动到A点时轻绳突然断开,断开后P沿水平桌面滑行距离x=1.25m停止.已知P与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.25,g取10m/s2.求:
(1)P经过A点时的速度大小;
(2)P从B到A的过程中Q重力势能的增量;
(3)弯曲轨道对P的摩擦力做的功.
知识点:动能和动能定理
解:(1)P在水平轨道上运动过程,根据动能定理得:
﹣μm1gx=0﹣m1
得P经过A点时的速度为:
v1==m/s=2.5m/s
(2)P由B到A的过程中,Q上升的高度为:
H==1m
则P从B到A的过程中Q重力势能的增量为:
△EP=mgH=4J
(3)设P经过A点时,P过A点的速度与水平方向的夹角β,Q的运动速度为v2,将速度P的速度v1进行分解如图.
则有v2=v1cosβ
又sinβ==0.6,得β=37°
对P、Q组成的系统,根据动能定理得:
m1gh﹣m2gH+Wf=
代入数据解得弯曲轨道对P的摩擦力做的功为:Wf=﹣0.95J.
答:(1)P经过A点时的速度大小是2.5m/s;
(2)P从B到A的过程中Q重力势能的增量为4J;
(3)弯曲轨道对P的摩擦力做的功是﹣0.95J.
【考点】动能定理的应用.
【分析】(1)物体P在水平面上运动过程,运用动能定理求P经过A点时的速度.
(2)由几何知识求出Q上升的高度H,则Q重力势能的增量△EP=mgH.
(3)由几何关系求出将P经过A点时AP段绳与水平方向的夹角,将此时P的速度进行分解得到Q点的速度,再对系统运用动能定理求摩擦力做功.