19.如圖AB水平,在水平恒力F作用下質(zhì)量m=1kg的小滑塊由靜止開始運動,當達到B點時立即停止用力,滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,AB長為L=5.0m,BCD為一半徑為R=1.0m的光滑半圓軌道,B0D在同一豎直線上,欲使小滑塊剛能通過D點(g取10m/s2),求:
(1)滑塊在D點時速度的大;
(2)水平恒力F大;
(3)小滑塊在B點對軌道的壓力的大。

分析 (1)當滑塊恰好通過最高點D時,由重力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律和向心力求出物體到達D點的速度.
(2)對整個過程,根據(jù)動能定理求解F的大。
(3)從B到D過程,由動能定理求出滑塊通過B點時的速度,滑塊在B點時,由牛頓第二定律和向心力公式結(jié)合求出支持力,再得到壓力.

解答 解:(1)小滑塊剛能通過D點時,由重力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律得
   mg=m$\frac{{v}_{D}^{2}}{R}$
得:vD=$\sqrt{10}$m/s
(2)從A到D的過程,由動能定理得:
  FL-μmgL-2mgR=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}$          
解得 F=10N                        
(3)從B到C過程,由動能定理得:
-2mgR=$\frac{1}{2}m{v}_{D}^{2}$-$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$      
小滑塊在B點,由牛頓第二定律得:
  FN-mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$                   
二式聯(lián)立得 FN=60N               
由牛頓第三定律,知小滑塊對軌道的壓力大小為60N   
答:
(1)滑塊在D點時速度的大小是=$\sqrt{10}$m/s;
(2)水平恒力F大小是10N;
(3)小滑塊在B點對軌道的壓力的大小是60N.

點評 本題是動能定理、向心力和平拋運動知識的綜合應(yīng)用,關(guān)鍵是抓住物體恰好通過最高點時臨界條件:重力提供向心力.對于涉及力在空間的效應(yīng),要優(yōu)先考慮動能定理.

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