Question

【題目】如圖，abc是豎直面內的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R：bc是半徑為R的四分之一的圓弧，與ab相切于b點。一質量為m的小球。始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點處從靜止開始向右運動，重力加速度大小為g。小球從a點開始運動到其他軌跡最高點，機械能的增量為（ ）

A. 2mgR

B. 4mgR

C. 5mgR

D. 6mgR

Answer 1

【答案】C

【解析】本題考查了運動的合成與分解、動能定理等知識，意在考查考生綜合力學規律解決問題的能力。

設小球運動到c點的速度大小為vC，則對小球由a到c的過程，由動能定理得：F·3R-mgR=mvc2，又F=mg，解得：vc2=4gR，小球離開c點后，在水平方向做初速度為零的勻加速直線運動，豎直方向在重力作用力下做勻減速直線運動，由牛頓第二定律可知，小球離開c點后水平方向和豎直方向的加速度大小均為g，則由豎直方向的運動可知，小球從離開c點到其軌跡最高點所需的時間為:t=vC/g=2，小球在水平方向的加速度a=g，在水平方向的位移為x=at2=2R。由以上分析可知，小球從a點開始運動到其軌跡最高點的過程中，水平方向的位移大小為5R，則小球機械能的增加量△E=F·5R=5mgR，選項C正確ABD錯誤。