如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的带有圆弧轨道的平板车,车的上表面是一段长L=1.0m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R="0.25m"的光滑圆弧轨道,圆弧轨道与

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 功能关系/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的带有圆弧轨道的平板车,车的上表面是一段长L=1.0m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R="0.25m" 的光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O′点相切。车右端固定一个尺寸可以忽略、处于锁定状态的压缩弹簧,一质量m=1.0kg的小物块紧靠弹簧放置,小物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5。整个装置处于静止状态,现将弹簧解除锁定,小物块被弹出,恰能到达圆弧轨道的最高点A。取g=10m/2,求:

(1) 小物块到达A点时,平板车的速度大小
(2) 解除锁定前弹簧的弹性势能;
(3) 小物块第二次经过O′点时的速度大小;
(4) 小物块与车最终相对静止时,它距O′点的距离。

◎ 答案

(1)v=0(2)Ep=7.5J(3)vm=2.0m/s(4)它距O′点的距离为s-L=0.5m 

◎ 解析


试题分析:
(1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒,故小物块到达圆弧最高点A时,
二者的共同速度v=0                  
(2)设弹簧解除锁定前的弹性势能为Ep,上述过程中由能量转换和守恒,则有Ep=mgR+μmgL代入数据得Ep=7.5J                 
(3)设不上物块第二次经过O′时的速度大小为vm,此时平板车的速度大小为vm,研究小
物块在圆弧面上下滑过程,由系统动量守恒和机械能守恒有0=mvm-MvM   …①      
   ……②      由①②两式可得  ……③
将已知条件代入③解得vm=2.0m/s                  
(4)最终平板车和小物块相对静止时,二者的共同速度为0。设小物块相对平板车滑动的
总路程为s,对系统由功能关系有Ep=μmgs     
代入数据解得s=1.5m                  
小的块最终静止在O′点右侧,它距O′点的距离为s-L=0.5m 
点评:明确物理过程,利用动量守恒定律结合能的转化和守恒定律列式求解,是解决力学综合题的关键。

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的带有圆弧轨道的平板车,车的上表面是一段长L=1.0m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R="0.25m"的光滑圆弧轨道,圆弧轨道与…”主要考查了你对  【功能关系】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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