如图所示,AB为半径R=0.8m的14光滑圆弧轨道,下端B恰好与小车右端平滑对接,小车质量M=3kg,车长L=2.06m,现有一质量m=1kg的滑块,由轨道顶端无初速释放,滑到B端后冲上小

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,AB为半径R=0.8m的
1
4
光滑圆弧轨道,下端B恰好与小车右端平滑对接,小车质量M=3kg,车长L=2.06m,现有一质量m=1kg的滑块,由轨道顶端无初速释放,滑到B端后冲上小车,已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运行了1.5s时,车被地面装置锁定.(g=10m/s2).求:
(1)滑块刚到达B端瞬间,轨道对它支持力的大小;
(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;
(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小.

◎ 答案

(1)滑块从光滑圆弧轨道过程,根据机械能守恒定律得
mgR=
1
2
mv2 v=

2gR
=

2×10×0.8
m/s=4m/s

滑块经过B端时,由牛顿第二定律得:N-mg=m
v2
R

N=mg+m
v2
R
=1×10+1×
42
0.8
N
=30N
(2)当滑块滑上小车后,由牛顿第二定律,对滑块有:
-μmg=ma1
得:a1=-μg=-0.3×10m/s2=-3m/s2
对小车有:μmg=Ma2
得:a2=
μmg
M
=
0.3×1×10
3
,m/s2=1m/s2

设经时间t两者达到共同速度,则有:v+a1t=a2t
联立解得:t=
v
a2-a1
=
4
1-(-3)
s
=1s.
由于1s<1.5s,此时小车还未被锁定,两者的共同速度:v′=a2t=1m/s,两者以共同速度运动时间为t′=0.5s.
故车被锁定时,车右端距轨道B端的距离:S=
1
2
a2t2+v′t′=
1
2
×1×12+1×0.5m/s
=1m
(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块相对小车滑动的距离
△S=
v+v′
2
t-
1
2
a2t2=
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