Question

20．如圖所示，在傾角為30°的斜面上的P點(diǎn)釘有一光滑小鐵釘，以P點(diǎn)所在水平虛線將斜面一分為二，上部光滑，下部粗糙．一繩長(zhǎng)為3R輕繩一端系與斜面O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量為m的小球，現(xiàn)將輕繩拉直，將小球從A點(diǎn)由靜止釋放，小球恰好能第一次通過圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)B點(diǎn)．已知OA與斜面底邊平行，OP距離為2R，且與斜面底邊垂直，則小球從A到B的運(yùn)動(dòng)過程中（　　）

• A． 合外力做功$\frac{1}{2}$mgR
• B． 克服摩擦力做功$\frac{3}{4}$mgR
• C． 重力做功2mgR
• D． 機(jī)械能減少$\frac{1}{4}$mgR

Answer 1

分析 對(duì)小球進(jìn)行受力分析，在最高點(diǎn)B繩子拉力恰好為零時(shí)，速度取最小值，在最低點(diǎn)，合力提供向心力，根據(jù)向心力公式即可求解．

解答 解：以小球?yàn)檠芯康膶?duì)象，則小球恰好能第一次通過圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)B點(diǎn)時(shí)，繩子的拉力為0，小球受到重力與斜面的支持力，重力沿斜面向下的分力恰好通過向心力，得：mgsin30°=$\frac{m{v}_{B}^{2}}{R}$．
所以：${v}_{B}=\sqrt{gRsin30°}=\sqrt{0.5gR}$
A到B的過程中，重力與摩擦力做功，設(shè)摩擦力做功為W，則：$\frac{1}{2}$mgR•sin30°+W=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}-0$…①
所以：$W=\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}-mgRsin30°$=$\frac{1}{2}m×0.5gR-0.5mgR=-0.25mgR$…②
A、合外力做功等于動(dòng)能的增加，為：$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}=\frac{1}{4}mgR$．故A錯(cuò)誤；
B、D、由公式②知，物體克服摩擦力做功為0.25mgR，所以機(jī)械能損失為0.25mgR．故B錯(cuò)誤，D正確．
C、重力做功：${W}_{G}=mgRsin30°=\frac{1}{2}mgR$．故C錯(cuò)誤；
故選：D

點(diǎn)評(píng) 本意主要考查了圓周運(yùn)動(dòng)向心力公式的直接應(yīng)用，知道在最高點(diǎn)繩子拉力恰好為零時(shí)，速度取最小值．