如图所示,倾角θ=300、长L=2.7m的斜面,底端与一个光滑的1/4圆弧平滑连接,圆弧底端切线水平。一个质量为m=1kg的质点从斜面最高点A沿斜面下滑,经过斜面底端B恰好到达圆弧最高点C,又从圆弧滑回,能上升到斜面上的D点,再由D点由斜面下滑沿圆弧上升,再滑回,这样往复运动,最后停在B点。已知质点与斜面间的动摩擦因数为μ=
/6,g=10m/s2,假设质点经过斜面与圆弧平滑连接处速率不变。求:
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1.质点第1次经过B点时对圆弧轨道的压力;
2.质点从A到D的过程中质点下降的高度;
3.质点从开始到第6次经过B点的过程中因与斜面摩擦而产生的热量.
1.30N。
2.h=0.9m
3.12.75J
解析:⑴设圆弧的半径为R,则质点从C到B过程,由

(3分)
得:
N=30N (1分)
根据牛顿第三定律,质点第1次经过B点对圆弧轨道的压力为30N。(1分)
⑵设质点第一次由B点沿斜面上滑的速度为
, B点到D点的距离为L1
(4分)
代入数据解得:
=0.9m (1分)
则质点从A点到D点下降的高度h=0.9m (1分)
⑶设质点第2次由B点沿斜面上滑的速度为
,沿斜面上滑的距离为L2.则
(2分)
得:
(1分)
同理可推得:质点第n次由B点沿斜面上滑的距离Ln为
(1分)
所以质点从开始到第6次经过B点的过程中,在斜面上通过的路程为
S=L+2(L1+L2)=5.1m (1分)
Q=μmgcos300S=12.75J (1分)
说明:此题有多种解法,参照给分。