如图所示，光滑轨道ABCD由倾斜轨道AB和半圆轨道BCD组成。倾斜轨道AB与水平地面的夹角为θ，半圆轨道BCD...

问题详情：

如图所示，光滑轨道ABCD由倾斜轨道AB和半圆轨道BCD组成。倾斜轨道AB与水平地面的夹角为θ，半圆轨道BCD的半径为R，BD竖直且为直径，B为最低点，O是BCD的圆心，C是与O等高的点。一个质量为m的小球在斜面上某位置由静止开始释放，小球恰好可以通过半圆轨道最高点D。小球由倾斜轨道转到圆轨道上时不损失机械能。重力加速度为g。求：

（1）小球在D点时的速度大小

（2）小球开始下滑时与水平地面的竖直高度与半圆半径R的比值。

（3）小球滑到斜轨道最低点B时（仍在斜轨道上），重力做功的瞬时功率

【回答】

（1）  （2）  （3）

【解析】

试题分析：本题中，小球经历了沿斜面向下的匀加速运动，还有平面内的圆周运动。考查了学生利用已知物理模型，灵活处理实际问题的能力。题目中小球运动过程中，满足机械能守恒。

（1）小球恰好可以通过半圆轨道最高点D，则在最高点满足：

故小球在D点的速度

（2）设小球开始下滑时与水平地面的高度为h

则从开始下滑，一直到圆弧轨道最高点D，根据动能定理可知：

解得：

（3）设小球到达最低点B时的速度大小为，则滑到最低点B的过程中

满足方程：   解得

所以在B点，小球重力的瞬时功率

【点睛】（1）小球恰好通过圆弧轨道的最高点，这是一个轻绳模型，由此可判断，此时在D点，只有重力充当向心力，可以求出小球在D点的速度。（2）确定好物理过程的初、末位置及状态后，根据机械能守恒，或利用动能定理，均可求解相关量；（3）重力的瞬时功率，应等于重力与重力方向分速度的乘积。

知识点：机械能守恒定律单元测试

题型：计算题