如图所示,一半径r=0.2m的光滑圆弧形槽底端B与水平传带相接,传送带的运行速度为v0=4m/s,长为L=1.25m,滑块与传送带间的动摩擦因数=0.2,DEF为固定于竖直平面内的一段内壁
◎ 题目
如图所示,一半径r = 0.2m的光滑圆弧形槽底端B与水平传带相接,传送带的运行速度为v0=4m/s,长为L=1.25m , 滑块与传送带间的动摩擦因数=0.2,DEF为固定于竖直平面内的一段内壁光滑的中空方形细管,EF段被弯成以O为圆心、半径R = 0.25m的一小段圆弧,管的D端弯成与水平传带C端平滑相接,O点位于地面,OF连线竖直.一质量为M=0.1kg的物块a从圆弧顶端A点无初速滑下,滑到传送带上后做匀加速运动,过后滑块被传送带送入管DEF,管内顶端F点放置一质量为m=0.1kg的物块b.已知a、b两物块均可视为质点,a、b横截面略小于管中空部分的横截面,重力加速度g取10m/s2.求: (1)滑块a到达底端B时的速度vB; (2)滑块a刚到达管顶F点时对管壁的压力; (3) 滑块a滑到F点时与b发生正碰并粘在一起飞出后落地,求落点到O点的距离x(不计空气阻力) (4)已知若a的质量M≥m,a与b发生弹性碰撞,求物块b滑过F点后在地面的首次落点到O点距离x的范围.(=2.2) |
◎ 答案
(1) 2m/s(2) 0.6N, 方向竖直向上(3) (4) 0.44m≤x<0.88m |
◎ 解析
(1)设滑块到达B点的速度为vB,由机械能守恒定律,有
(2分) =2m/s (1分) (2)滑块在传送带上做匀加速运动,受到传送带对它的滑动摩擦力, 由牛顿第二定律Mg =Ma, (1分) 滑块对地位移为L,末速度为vC,设滑块在传送带上一直加速 由速度位移关系式 (1分) 得vC=3m/s<4m/s,可知滑块未达共速 (1分) 滑块从C至F,由机械能守恒定律,有 (1分) 得 (1分) 在F处由牛顿第二定律 (1分) FN=0.6N (1分) 根据牛顿第三定律知 管上壁受压力为0.6N, 方向竖直向上. (1分) (3) 设碰撞后物块a、b的速度分别为Va、Vb,碰撞过程由动量守恒和机械能守恒得 (1分) (1分) 因为,由上式可知,碰撞后, 即(1分) 解得 (4)设碰撞后物块a、b的速度分别为Va、Vb,碰撞过程由动量守恒和机械能守恒得 (1分) (1分) 联立解得 (1分) 因为M≥m,由上式可知,碰撞后VF≤Vb<2VF,即2m/s≤Vb
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