Question

【題目】如圖所示的木板由傾斜部分和水平部分組成，兩部分之間由一段圓弧面相連接．在木板的中間有位于豎直面內(nèi)的光滑圓槽軌道，斜面的傾角為θ．現(xiàn)有10個質(zhì)量均為m、半徑均為r的均勻剛性球，在施加于1號球的水平外力F的作用下均靜止，力F與圓槽在同一豎直面內(nèi)，此時1號球球心距它在水平槽運動時的球心高度差為h．現(xiàn)撤去力F使小球開始運動，直到所有小球均運動到水平槽內(nèi)．重力加速度為g．求：

（1）水平外力F的大小；
（2）1號球剛運動到水平槽時的速度；
（3）整個運動過程中，2號球?qū)?號球所做的功．

Answer 1

【答案】
（1）解：以10個小球整體為研究對象，由力的平衡條件可得

Fcosθ=10mgsinθ．

得F=10mgtanθ

答：水平外力F的大小是10mgtanθ；

（2）解：以1號球為研究對象，根據(jù)機械能守恒定律可得

mgh=

得v=

答：1號球剛運動到水平槽時的速度是 ；

（3）解：撤去水平外力F后，以10個小球整體為研究對象，利用機械能守恒定律可得

10mg（h+ ）=

得 v=

以1號球為研究對象，由動能定理得

mgh+W=

得W=9mgrsinθ

答：答：整個運動過程中，2號球?qū)?號球所做的功為9mgrsinθ．

【解析】解題的關(guān)鍵是正確選擇研究對象，當10個小球在斜面上下滑時，它們之間沒有相互作用力，機械能是守恒的，根據(jù)機械能守恒就可以求解。
【考點精析】本題主要考查了動能定理的綜合應用和機械能守恒及其條件的相關(guān)知識點，需要掌握應用動能定理只考慮初、末狀態(tài)，沒有守恒條件的限制，也不受力的性質(zhì)和物理過程的變化的影響.所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用時間的動力學問題，都可以用動能定理分析和解答，而且一般都比用牛頓運動定律和機械能守恒定律簡捷；在只有重力（和彈簧彈力）做功的情形下，物體動能和重力勢能（及彈性勢能）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變才能正確解答此題．