如图所示,一个质量为m的长木板静止在光滑的水平面上,并与半径为R的14光滑圆弧形固定轨道接触(但不粘连),木板的右端到竖直墙的距离为S;另一质量为2m的小滑块从轨道的最高

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,一个质量为m的长木板静止在光滑的水平面上,并与半径为R的
1
4
光滑圆弧形固定轨道接触(但不粘连),木板的右端到竖直墙的距离为S;另一质量为2m的小滑块从轨道的最高点由静止开始下滑,从圆弧的最低点A滑上木板.设长木板每次与竖直墙的碰撞时间极短且无机械能损失.已知滑块与长木板间的动摩擦因数为μ.试求
(1)滑块到达A点时对轨道的压力的大小
(2)若滑块不会滑离长木板,试讨论长木板与墙第一次碰撞前的速度v与S的关系
(3)若S足够大,为了使滑块不滑离长木板,板长L应满足什么条件.
魔方格

◎ 答案

(1)滑块从轨道的最高点到最低点,机械能守恒,设到达A点的速度为vA
则 
1
2
2mvA2=2mgR

得:vA=

2gR

在A点有:NA-2mg=
2mvA2
R

由②③得:NA=6mg④
由牛顿第三定律,滑块在A点对轨道的压力 NA=6mg
(2)若第一次碰撞前的瞬间,滑块与木板达到共同速度v,
则:(2m+m)v=2mvA
μ2mgS=
1
2
mv2

由②⑥⑦得:S=
2R

ⅰ.若S≥
2R
,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v=
2
3

2gR

ⅱ.若S<
2R
,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v'
则:
1
2
mv2=μ2mgS

得:v'=2

μgS

(3)因为S足够大,每次碰前滑块与木板共速;因为M<m,每次碰后系统的总动量方向向右,要使滑块不滑离长木板,最终木板停在墙边,滑块停在木板上.
由能量守恒得:μ2mgL≥
1
2
2mvA2

解得:L≥
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