如图所示为研究某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带足够长,皮带轮沿逆时针方向转动,带动皮带以恒定速度v=2.0m/s匀速传动.三个质

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示为研究某种弹射装置的示意图,光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带理想连接,传送带足够长,皮带轮沿逆时针方向转动,带动皮带以恒定速度v=2.0m/s匀速传动.三个质量均为m=1.0kg的滑块A、B、C置于水平导轨上,开始时在B、C间有一压缩的轻弹簧,两滑块用细绳相连处于静止状态.滑块A以初速度v0=4.0m/s沿B、C连线方向向B运动,A与B碰撞后粘合在一起,碰撞时间极短,可认为A与B碰撞过程中滑块C的速度仍为零.因碰撞使连接B、C的细绳受扰动而突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离.滑块C脱离弹簧后以速度vC=4.0m/s滑上传送带.已知滑块C与传送带间的动摩擦因数μ=0.20,重力加速度g取10m/s2

魔方格

(1)求滑块C在传送带上向右滑动距N点的最远距离sm
(2)求弹簧锁定时的弹性势能Ep
(3)求滑块C在传送带上运动的整个过程中与传送带之间因摩擦产生的内能Q.

◎ 答案

(1)滑块C滑上传送带做匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远.
由动能定理 -μmgsm=0-
1
2
m
v2C

解得sm=4.0 m
(2)设A、B碰撞后的速度为v1,A、B与C分离时的速度为v2,由动量守恒定律
mv0=2mv1
2mv1=2mv2+mvC
解得v1=
1
2
v0
,v2=0
由能量守恒定律
Ep+
1
2
×2mv12
=
1
2
×2mv22+
1
2
mvC2

解得Ep=4.0 J
(3)滑块在传送带上向右匀减速运动,设滑块C在传送带上运动的加速度为a,滑块速度减为零的时间为t1,向右的位移为s1,在同样时间内传送带向左的位移为x1,根据牛顿第二定律和运动学公式
a=
μmg
m
=2m/s2
滑块C速度减小到零所需的时间t1=
vc
a
=2s

滑块的位移s1=
vc2
2a
=
16
4
m=4m

传送带的位移x1=vt1=2×2m=4m,
相对路程△x1=s1+x1=8m.
然后滑块返回做匀加速直线运动,当速度达到传送带速度一起做匀速直线运动.
匀加速直线运动的时间t2=
v
a
=
2
2
s=1s

滑块C的位移s2=
1
2
at22=
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