微型专题 机械能守恒定律和动能定理的对比应用1.如图 1 所示,竖直平面内有一半径 R=0.5 m 的光滑圆弧槽 BCD,B 点与圆心 O 等高,一水平面与圆弧槽相接于 D 点,质量 m=0.5 kg 的小球(可视为质点)从 B 点正上方 H 高处的 A点由静止下落,由 B 点进入圆弧轨道,从 D 点飞出后落在水平面上的 Q 点,DQ 间的距离 x=2.4 m,球从 D 点飞出后的运动过程中相对水平面上升的最大高度 h=0.8 m,取 g=10 m/s2,不计空气阻力,求:图 1(1)小球释放点到 B 点的高度 H;(2)经过圆弧槽最低点 C 时轨道对小球的支持力大小 FN.答案 (1)0.95 m (2)34 N解析 (1)设小球在飞行过程中通过最高点 P 的速度为 v0,P 到 D 和 P 到 Q 可视为两个对称的平抛运动,则有:h=gt2,=v0t可得:v0==× m/s=3 m/s在 D 点有:vy=gt=4 m/s在 D 点合速度大小为:v==5 m/s设 v 与水平方向夹角为 θ,cos θ==A 到 D 过程机械能守恒:mgH+mgRcos θ=mv2解得:H=0.95 m(2)设小球经过 C 点时速度为 vC,A 到 C 过程机械能守恒:mg(H+R)=mvC2 在 C 点,由牛顿第二定律有,FN-mg=m解得 FN=34 N.2.(2017·丽水、衢州、湖州三地市高三教学质量检测)图 2 甲为风火轮惯性轨道极限跳跃赛道,其模型可以简化为图乙.整个装置由直轨道 AB、半径 R1=15 cm 的竖直螺旋圆轨道BO′B′、半径 R2=30 cm 的圆弧轨道 B′C′,以及右侧可移动得分框组成,轨道各部分均光滑.已知比赛过程所用小车质量 m=0.04 kg(可视为质点),g=10 m/s2,∠C′O′B′=37°,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:图 2(1)小车恰好通过竖直圆轨道最高点的速度大小;(2)若小车在 C′处的速度为 3 m/s,求小车经过 B′时对轨道的压力大小;(3)若改变 v0,且每次小车离开 C′后能水平进入得分框,求得分框的离地高度 H 与该得分框与 C′的水平距离 x 之间的函数关系式(可能用到≈2.5).答案 见解析解析 (1)若恰好经过最高点,有 mg=m解得:v= m/s= m/s(2)由几何关系可知:ΔhB′C′=R2(1-cos 37°)从 B′到 C′由机械能守恒定律得:mv B′2=mv C′2+mgΔhB′C′在 B′处由牛顿第二定律有 FNB′-mg=m联立可得 FNB′=1.76 N由牛顿第三定律知在 B′处时小车对轨道压力大小为 1.76 N(3)若恰能经过最高点 O′点,从 O′到 C′,由机械能守恒定律得:mv2+...