解：当换为质量为2kg的物块Q时，从A到C的过程中，由动能定理可得

F L_{A B} = \frac{1}{2} m v_{C}^{2}

代入数据解得 $v_{C} = \sqrt{35} m/s$

设物块能够上升的高度为h，根据机械能守恒有 $\frac{1}{2} m v_{C}^{2} = m g h$

解得 $h = 1.75 m$

由于 $h < 2 R$ ，所以物块不能到达D点，设物块在E点脱离轨道，此后将做斜抛运动，如下图所示

从C到E的过程中，由机械能守恒可得 $\frac{1}{2} m v_{C}^{2} = \frac{1}{2} m v_{E}^{2} + m g (R + R \sin θ)$

物块在E点时，根据牛顿第二定律有 $m g \sin θ = m \frac{v_{E}^{2}}{R}$

联立上式解得 $\sin θ = \frac{1}{2}$ ， $v_{E} = \sqrt{5} m/s$

设物体做斜抛运动上升的最大高度为H，在竖直方向则有 $0 - {(v_{E} \cos θ)}^{2} = - 2 g H$

解得 $H = 0.1875 m$

所以Q达到的最高点到地面的距离为 $h_{总} = R + R \sin θ + H = 1.6875 m$

山东省菏泽市（一中系列学校）2020-2021高一下学期物理期中考试试卷（A）