题目
[湖南2023·8](多选)如图,固定在竖直面-|||-内的光滑轨道ABC由直线段AB和圆弧段BC-|||-组成,两段相切于B点,AB段与水平面夹角-|||-为θ,BC段圆心为O,最高点为C,A与C的高-|||-度差等于圆弧轨道的直径2R.小球从A点以-|||-初速度v0冲上轨道,能沿轨道运动恰好到达-|||-C点,下列说法正确的是 ()-|||-C-|||-B-|||-0-|||-v0-|||-77 777-|||-A.小球从B到C的过程中,对轨道的压力逐-|||-渐增大-|||-B.小球从A到C的过程中,重力的功率始终-|||-保持不变-|||-C.小球的初速度 _(0)=sqrt (2gR)-|||-D.若小球初速度v0增大,小球有可能从B点-|||-脱离轨道

题目解答
答案

解析
本题考查机械能守恒、圆周运动动力学及功率计算。关键点在于:
- 机械能守恒:轨道光滑,无摩擦,小球动能与重力势能相互转化;
- 圆周运动临界条件:恰好到达C点时,轨道对小球的支持力为零;
- 功率分析:重力功率与速度方向的夹角及速度大小相关;
- 脱离轨道条件:当速度过大,所需向心力超过轨道支持力时,小球脱离。
选项A分析
小球从B到C时,速度逐渐减小,重力分力方向变化。根据牛顿第二定律,轨道压力 $N = \frac{mv^2}{R} - mg\cos\theta$,其中 $\theta$ 为当前位置与圆心连线的夹角。随着速度减小和 $\cos\theta$ 减小,压力逐渐减小。选项A错误。
选项B分析
重力功率 $P = mg \cdot v_{\text{竖直}}$。在AB段,速度 $v$ 减小,$v_{\text{竖直}} = v\sin\theta$ 也减小;在BC段,速度继续减小且方向变化,$v_{\text{竖直}}$ 不断变化。功率始终变化,选项B错误。
选项C分析
小球恰好到达C点时速度为零,机械能守恒得:
$\frac{1}{2}mv_0^2 = mg \cdot 2R \implies v_0 = \sqrt{4gR} = 2\sqrt{gR}$
与选项C $\sqrt{2gR}$ 不符,选项C错误。
选项D分析
若初速度 $v_0$ 增大,B点速度 $v_B$ 增大。当 $v_B > \sqrt{gR}$ 时,所需向心力 $\frac{mv_B^2}{R} > mg$,轨道支持力不足以提供,小球脱离轨道。选项D正确。