2020-01-14 · 知道合伙人教育行家
解:PB段,小物体做匀加速运动,因为初速度为零,且PB=3R,设加速度为a,则:a=F/m。
所以:PB=at1²/2=3R,t1=√(6R/a)。因此:Vb=at1=a×√(6R/a)。
小物体的动能为:E=mVb²/2=(m/2)×a²×(6R/a)=3Rma。
BC段:小物体做匀减速运动,部分动能转化为势能,至C点时,势能为:mg×2R=2Rmg。
因此在C点的动能为:mVc²/2=E-2Rmg=3Rma-2Rmg=Rm(3a-2g)。
因此:Vc=√[R(6a-4g)]。
CD段:小物体做平抛运动,垂直高度为CB=2R,所以:CB=gt2²/2=2R,所需时间:t2=√(4R/g)。
因此:BD=Vc×t2=√[R(6a-4g)]×√(4R/g)=2R×√[(6a-4g)/g]<PB=3R。
因此:√[(6a-4g)/g]<3/2。6a-4g<9g/4,a<25g/24。
F/m<25g/24,F<25mg/24=1.0417mg。
所以,A、B、C项符合要求。
但是,要保证小物体能够运动到C点,则在B点的动能要大于C点的势能:
E=3Rma>2Rmg,因此:a>2g/3,F/m>2g/3,F>2mg/3。
综合:2mg/3,<F<25mg/24,故最终选择:B、C。
F=ma ,S=1/2aT2=3R=> T2=6Rm/F,T=√6RM/F; (T为p点运动到B点的时间,S为距离);
小物体上箱子时候的机械能为1/2 mV2=3FR;
上升半圆最高点是除去重力势能的动力力势能为 3FR-2mgr=1/2 mv2(重力势能为mg2R),C点自由落体求出水平运动时间2R=1/2gt2=> t=2√R/g;
由题意vt<3R,将上述数据带入得2√(6FR-4mgR)/m √R/g<3R,带入选项验证,B、C符合答案。
本题考查知识点:加速度,速度,距离之间公式,能量守恒定律,动力势能,重力势能公式,属于基本知识题目,难度中等偏下。