如图所示,某货场利用固定于地面的、半径R=1.8m的四分之一圆轨道将质量为m1=10kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,已知当货物由轨道顶端无初速滑下时,到达轨道底端的速

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,某货场利用固定于地面的、半径R=1.8m的四分之一圆轨道将质量为m1=10kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,已知当货物由轨道顶端无初速滑下时,到达轨道底端的速度为5m/s.为避免货物与地面发生撞击,在地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=20kg,木板上表面与轨道末端相切.货物与木板间的动摩擦因数为μ=0.4,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.1.(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10m/s2
(1)求货物沿圆轨道下滑过程中克服摩擦力做的功
(2)通过计算判断货物是否会从木板B的右端滑落?若能,求货物滑离木板B右端时的速度;若不能,求货物最终停在B板上的位置.
魔方格

◎ 答案

(1)设货物沿圆轨道下滑过程中克服摩擦力做的功为Wf,对货物,
由动能定理得:
m1gR-Wf=
1
2
m1v2

Wf=m1gR-
1
2
m1v2=55J

(2)当货物滑上木板A时,货物对木板的摩擦力f11m1g=40N
地面对木板A、B的最大静摩擦力f22(2m2+m1)g=50N
由于f1<f2
此时木板A、B静止不动.       
设货物滑到木板A右端时速度为v1,由动能定理:-μ1m1gl=
1
2
m1
v21
-
1
2
m1v2

得:v1=3m/s
当货物滑上木板B时,地面对木板A、B最大静摩擦力f32(m2+m1)g=30N
由于f1>f3,此时木反B开始滑动.     
设货物不会从木板B的右端滑落,二者刚好相对静止时的速度为v2
则对货物:a1=μ1g=4m/s2
v2=v1-a1t
对木板B:a2=
μ1m1g-μ2(m1+m2)g
m2
=0.5m/s2

v2=a2t
由以上两式可得:v2=
1
3
m/s

t=
2
3
s

此过程中,s1=
1
2
(v1+v2)t=
10
9
m
s2=
1
2
v2t=
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