(20分)如图所示,装置的左边是足够长的光滑水平面,一轻质弹簧左端固定,右端连接着质量M=2kg的小物块A。装置的中间是水平传送带,它与左右两边的台面等高,并能平滑对接。传

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

(20分)如图所示,装置的左边是足够长的光滑水平面,一轻质弹簧左端固定,右端连接着质量 M=2kg的小物块A。装置的中间是水平传送带,它与左右两边的台面等高,并能平滑对接。传送带始终以u="2m/s" 的速率逆时针转动。装置的右边是一光滑的曲面,质量m=1kg的小物块B从其上距水平台面h=1.0m处由静止释放。已知物块B与传送带之间的摩擦因数μ=0.2,l=1.0m。设物块A、B中间发生的是对心弹性碰撞,第一次碰撞前物块A静止且处于平衡状态。取g=10m/s2

(1)求物块B与物块A第一次碰撞前速度大小;
(2)通过计算说明物块B与物块A第一次碰撞后能否运动到右边曲面上?
(3)如果物块A、B每次碰撞后,物块A再回到平衡位置时都会立即被锁定,而当他们再次碰撞前锁定被解除,试求出物块B第n次碰撞后的运动速度大小。

◎ 答案

(1)4m/s  (2)不能 (3)

◎ 解析

(1)设物块B沿光滑曲面下滑到水平位置时的速度大小为v0
由机械能守恒知
       ①
        ②
设物块B在传送带上滑动过程中因受摩擦力所产生的加速度大小为a
       ③
设物块B通过传送带后运动速度大小为v,有
      ④
结合②③④式解得
v=4m/s            ⑤
由于=2m/s,所以v=4m/s即为物块B与物块A第一次碰撞前的速度大小
(2)设物块A、B第一次碰撞后的速度分别为V、v1,取向右为正方向,由弹性碰撞知
          ⑥
      ⑦
解得        ⑧
即碰撞后物块B沿水平台面向右匀速运动
设物块B在传送带上向右运动的最大位移为,则
          ⑨
      ⑩
所以物块B不能通过传送带运动到右边的曲面上
(3)当物块B在传送带上向右运动的速度为零时,将会沿传送带向左加速。可以判断,物块B运动到左边台面是的速度大小为v1,继而与物块A发生第二次碰撞。设第二次碰撞后物块B速度大小为v2,同上计算可知
       11
物块B与物块A第三次碰撞、第四次碰撞……,碰撞后物块B的速度大小依次为
      ……        12
则第n次碰撞后物块B的速度大小为
          13
      14

◎ 知识点

    专家分析,试题“(20分)如图所示,装置的左边是足够长的光滑水平面,一轻质弹簧左端固定,右端连接着质量M=2kg的小物块A。装置的中间是水平传送带,它与左右两边的台面等高,并能平滑对接。传…”主要考查了你对  【牛顿第二定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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