Question

如圖所示，一工件置于水平地面上，其AB段為一半徑R=1.0m的光滑圓弧軌道，BC段為一長(zhǎng)度L=0.5m的粗糙水平軌道，二者相切與B點(diǎn)，整個(gè)軌道位于同一豎直平面內(nèi)，P點(diǎn)為圓弧軌道上的一個(gè)確定點(diǎn)．一可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊，其質(zhì)量m=0.2kg，與BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ₁=0.4．工件質(zhì)量M=0.8kg，與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ₂=0.1．（取g=10m/s²）
（1）若工件固定，將物塊由P點(diǎn)無(wú)初速度釋放，滑至C點(diǎn)時(shí)恰好靜止，求P、C兩點(diǎn)間的高度差h．
（2）若將一水平恒力F作用于工件，使物體在P點(diǎn)與工件保持相對(duì)靜止，一起向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．求F的大�。�

Answer 1

分析：（1）物塊從P點(diǎn)下滑經(jīng)B點(diǎn)至C點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理求解高度差h．
（2）先對(duì)物體，運(yùn)用牛頓第二定律求出加速度，再對(duì)工件和物體整體分析，根據(jù)牛頓第二定律求解．題中要運(yùn)用幾何關(guān)系求出P點(diǎn)與圓心的連線與豎直方向間的夾角．

解答：解：（1）物塊從P點(diǎn)下滑經(jīng)B點(diǎn)至C點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，根據(jù)動(dòng)能定理得 mgh-μ₁mgL=0…①
代入數(shù)據(jù)得：
h=0.2m…②
（2）①設(shè)物塊的加速度大小為a，P點(diǎn)與圓心的連線與豎直方向間的夾角為θ，由幾何關(guān)系可得
cosθ=

R-h

R

                         ③
根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)物體有mgtanθ=ma                       ④
對(duì)工件和物體整體有 F-μ₂（M+m）g=（M+m）a        ⑤
聯(lián)立②③④⑤式，代入數(shù)據(jù)得 F=8.5N
答：
（1）P、C兩點(diǎn)間的高度差h是0.2m．
（2）F的大小是8.5N．

點(diǎn)評(píng)：該題考查了動(dòng)能定理、牛頓第二定律多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，關(guān)鍵要對(duì)物體進(jìn)行受力和過(guò)程分析．