如图,半径为R,光滑的14圆弧轨道固定在竖直平面内,与水平轨道CN相接.水平轨道的CD段光滑、DN段粗糙.一根轻质弹簧一端固定在C处的竖直面上,另一端与质量为2m的小物块b刚好

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图,半径为R,光滑的
1
4
圆弧轨道固定在竖直平面内,与水平轨道CN相接.水平轨道的CD段光滑、DN段粗糙.一根轻质弹簧一端固定在C处的竖直面上,另一端与质量为2m的小物块b刚好在D点接触但不连接,弹簧处于自然长度.质量为m的小物块a从圆弧轨道顶端M点由静止释放并下滑,后与物块b碰撞后一起向左压缩弹簧(两物块不粘连).若
.
DN
=l,物块a、b与轨道DN的动摩擦因数分别为μ1=0.1和μ2=0.2,重力加速度为g.求:
(1)小物块a第一次经过N点时,轨道对a支持力的大小.
(2)小物块a与物块b碰撞后瞬间的共同速度大小.
(3)若a、b能且只能发生一次碰撞,试讨论l与R的关系.

◎ 答案

(1)物块a由M到N过程中,由机械能守恒有:mgr=
1
2
mv
21

由牛顿第二定律有:F-mg=
m
v21
R

联立①②解得:轨道对a支持力 F=3mg
(2)物块a从N滑至D过程中,由动能定理有:-μ1mgl=
1
2
m
v2D1
-
1
2
m
v21

物块a、b在D点碰撞,根据动量守恒有:mvD1=3mvD2
解得两物块在D点向左运动的速度 vD2=

2g(R-0.1l)
3

(3)a、b一起压缩弹簧后又返回D点时速度大小vD3=

2g(R-0.1l)
3

由于物块b的加速度大于物块a的加速度,所以经过D点后,a、b两物块分离,同时也与弹簧分离.讨论:①假设a在D点时的速度vD1=0,即l=10R,要使a、b能够发生碰撞,则l<10R ②假设物块a滑上圆弧轨道又返回,最终停在水平轨道P点,物块b在水平轨道上匀减速滑至P点也恰好停止,设
.
PN
=x,则
.
DP
=l-x,
根据能量守恒,对a物块 μ1mg(l+x)=
1
2
m
v2D3

对b物块μ2
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