Question

【題目】如圖，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長(zhǎng)度為2R：bc是半徑為R的四分之一的圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球。始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)處從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其他軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為（ ）

A. 2mgR

B. 4mgR

C. 5mgR

D. 6mgR

Answer 1

【答案】C

【解析】本題考查了運(yùn)動(dòng)的合成與分解、動(dòng)能定理等知識(shí)，意在考查考生綜合力學(xué)規(guī)律解決問(wèn)題的能力。

設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的速度大小為vC，則對(duì)小球由a到c的過(guò)程，由動(dòng)能定理得：F·3R-mgR=mvc2，又F=mg，解得：vc2=4gR，小球離開(kāi)c點(diǎn)后，在水平方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向在重力作用力下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可知，小球離開(kāi)c點(diǎn)后水平方向和豎直方向的加速度大小均為g，則由豎直方向的運(yùn)動(dòng)可知，小球從離開(kāi)c點(diǎn)到其軌跡最高點(diǎn)所需的時(shí)間為:t=vC/g=2，小球在水平方向的加速度a=g，在水平方向的位移為x=at2=2R。由以上分析可知，小球從a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)的過(guò)程中，水平方向的位移大小為5R，則小球機(jī)械能的增加量△E=F·5R=5mgR，選項(xiàng)C正確ABD錯(cuò)誤。