如图所示,半径R=0.45m的光滑14圆弧轨道固定在竖直平面内,B为轨道的最低点,B点右侧的光滑的水平面上紧挨B点有一静止的小平板车,平板车质量M=2kg,长度为0.5m,小车的上

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,半径R=0.45m 的光滑
1
4
圆弧轨道固定在竖直平面内,B为轨道的最低点,B点右侧的光滑的水平面上紧挨B点有一静止的小平板车,平板车质量M=2kg,长度为 0.5m,小车的上表面与B点等高,距地面高度为0.2m.质量 m=1kg 的物块(可视为质点)从圆弧最高点A由静止释放.g 取10m/s2.试求:
(1)物块滑到轨道上的B点时对轨道的压力;
(2)若将平板车锁定并且在上表面铺上一种特殊材料,其动摩擦因数从左向右随距离均匀变化如图乙所示,求物块滑离平板车时的速度;
(3)若撤去平板车的锁定与上表面铺的材料,此时物块与木板间的动摩擦因数为
8
15
,物块仍从圆弧最高点A由静止释放,请通过分析判断物块能否滑离平板车.若不能,请算出物块停在距平板车左端多远处;若能,请算出物块落地时距平板车右端的水平距离.

魔方格

◎ 答案

(1)物体从圆弧轨道顶端滑到B点的过程中,机械能守恒,则
mgR=
1
2
mvB2
,解得vB=3m/s.
在B点由牛顿第二定律得,N-mg=m
vB2
R

解得N=mg+m
vB2
R
=30N
即物块滑到轨道上B点时对轨道的压力N′=N=30N,方向竖直向下.
(2)物块在小车上滑行时的摩擦力做功Wf=-
μ1mg+μ2mg
2
l=-2J

从物体开始滑到滑离平板车过程中由动能定理得,mgR+Wf=
1
2
mv2

解得v=

5
m/s

(3)当平板车不固定时,对物块a1=μg=
16
3
m/s2

对平板车a2=
μmg
M
=
8
3
m/s2

设物块与平板车经过时间t达到共同速度(物块在平板车最左端的速度vC=vB),有
vc-a1t=a2t,解得t=
3
8
s

此时△s=vct-
1
2
a1t2-
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