(1)设物块在C点的速度为vc,物块从C点运动到A点所用时间为t,物块从半圆弧轨道的最高点C点做平抛运动落到A点.根据平抛运动规律有: x=vct,2R=gt2 解得:vc= 设物块从A到B的运动过程中,水平但力F对物块所做的功为W,对于物块从A到C的运动过程,根据动能定理有: W-mg•2R=m 解得:W=2mgR+ (2)物块恰好通过最高点C时,在C点有最小速度vmin,根据牛顿第二定律有: mg=m 解得:vmin= 此时所对应的水平恒力对物体所做的功最少,且有vc== 解得:x=2R 所以,当x=2R时恒力F所做的功最少. 将x=2R 代入第(1)问的结果中,解得最小功W=mgR (3)W=Fx,第(1)问讨论可知:Fx=2mgR+ 解得:F=+ 因等式右端两项之积为恒量,所以当两项相等时其和有极小值. 由==,得x=4R 时水平恒力F最小. 解得最小力Fmin=mg 答:(1)水平恒力F对物块所做的功与物块在光滑水平轨道运动的位移x的关系为W=2mgR+; (2)当x=2R时,完成上述运动水平恒力F对物块所做的功最少,功的最小值为mgR; (3)当x=4R时,完成上述运动水平恒力F最小,最小的力为mg. |