(14分)如图所示,AB为平直导轨,长为L,物块与导轨间动…——2022 高考物理第 19 题答案解析

2022_上海卷

2022 上海 第 19 题 解答题 区分题
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19.(14分)如图所示,AB为平直导轨,长为L,物块与导轨间动摩擦因数为μ,BC为光滑曲面。A 与地面间高度差为 $\mathrm { h } _ { 1 }$ ,BC 间高度差为 $\mathbf { h } _ { 2 }$ ,一个质量为 m 的物块在水平恒力作用下,从A 点由静止开始向右运动,到达B点时撤去恒力,物块经过C点后落地,已知重力加速度为g。

(1)若物块落地时动能为 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求其经过B点时的动能 $\mathrm { E } _ { \mathrm { k B } }$ ;

(2)若要物块落地时动能小于 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求恒力必须满足的条件。

参考答案

(1) 若物块落地时动能为 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求其经过B点时的动能为 $\mathrm { E } _ { 1 } - \mathrm { m g h } _ { 1 }$; (2) 若要物块落地时动能小于 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求恒力必须满足的条件为 $\frac { \mu m g L + m g h _ { 2 } } { L } { < } \mathrm { F } <$ $\frac { E _ { 1 } + \mu m g L - m g h _ { 1 } } { L }$

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【答案】(1)若物块落地时动能为 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求其经过B点时的动能为 $\mathrm { E } _ { 1 } - \mathrm { m g h } _ { 1 }$

(2)若要物块落地时动能小于 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求恒力必须满足的条件为 $\frac { \mu m g L + m g h _ { 2 } } { L } { < } \mathrm { F } <$ $\frac { E _ { 1 } + \mu m g L - m g h _ { 1 } } { L }$ 。

【分析】(1)根据机械能守恒定律得出动能的大小;

(2)根据动能定理分析出恒力需要满足的范围。

【解答】解:①从B 到落地过程中机械能守恒,设地面为零势能面,则

mgh<sub>1</sub> $+ \mathrm { E } _ { \mathrm { k B } } { = } \mathrm { E } _ { 1 }$

化简得: $\mathrm { E _ { k B } = E _ { 1 } \cdot \ m g h _ { 1 } }$

> ②整个过程中根据动能定理得:

$$ \mathrm { F _ { m a x } L - \mu m g L + m g h _ { 1 } = E _ { 1 } } $$

所以 $\mathrm { F } _ { \mathrm { m a x } } = \frac { E _ { 1 } + \mu m g L - m g h _ { 1 } } { L }$

若物体恰能达到C 点,根据动能定理得:

$$ \mathrm { F _ { m i n } L \cdot \mu m g L \cdot \Omega m g h } _ { 2 } { = } 0 $$

解得: $\mathrm { F } _ { \mathrm { m i n } } = { \frac { \mu m g L + m g h _ { 2 } } { L } }$

综上所述可得: $\frac { \mu m g L + m g h _ { 2 } } { L } { < } \mathrm { F } { < } \frac { E _ { 1 } { + } \mu m g L { - } m g h _ { 1 } } { L }$

答:(1)若物块落地时动能为 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求其经过B点时的动能为 $\mathrm { E } _ { 1 } - \mathrm { m g h } _ { 1 }$

(2)若要物块落地时动能小于 $\mathrm { E } _ { 1 }$ ,求恒力必须满足的条件为 $\frac { \mu m g L + m g h _ { 2 } } { L } { < } \mathrm { F } <$ $\frac { E _ { 1 } + \mu m g L - m g h _ { 1 } } { L }$ o

【点评】本题主要考查了动能定理的相关应用,选择合适的过程和研究对象即可完成分析,整体难度不大。

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