如图所示,在竖直面内有一光滑水平直轨道与半径为R=0.25m的光滑半圆形轨道在半圆的一个端点B相切,半圆轨道的另一端点为C。在直轨道上距B为x(m)的A点,有一可看做质点、质量为m=0.1kg的小物块处于静止状态。现用水平恒力将小物块推到B处后撤去恒力,小物块沿半圆轨道运动到C处后,恰好落回到水平面上的A点,取g=10m/s2。求
(1)水平恒力对小物块做功W与x的关系式
(2)水平恒力做功的最小值
(3)水平恒力的最小值
如图所示,在竖直面内有一光滑水平直轨道与半径为R=0.25m的光滑半圆形轨道在半圆的一个端点B相切,半圆轨道的另一端点为C。在直轨道上距B为x(m)的A点,有一可看做质点、质量为m=0.1kg的小物块处于静止状态。现用水平恒力将小物块推到B处后撤去恒力,小物块沿半圆轨道运动到C处后,恰好落回到水平面上的A点,取g=10m/s2。求
(1)水平恒力对小物块做功W与x的关系式
(2)水平恒力做功的最小值
(3)水平恒力的最小值
小物块从C到A的运动是平抛运动。
(1)设小球在C处的速度为,则由C到A
x=t(1分) y=2R=
(1分)
由以上两式得 (1分)
小球从A到C有 (2分)
解得(1分)
(2)当WF最小时,物块刚好能够通过C点,此时 (2分)
由C到A仍做平抛运动,所以仍成立
由以上两式:x=2R (1分)
代入公式可求得恒力做功的最小值为
WFmin=(0.5+0.5×4×0.252)J=0.625J (1分)
(3)由功的公式得F= (1分)
将 代入上式得
N (1分)
由数学知识可知,当,即x=1时F最小(1分)
(1分)