如图所示,一个带有1/4圆弧的粗糙滑板A,总质量为mA=3kg,其圆弧部分与水平部分相切于P,水平部分PQ长为L=3.75m.开始时A静止在光滑水平面上,有一质量为mB=2kg的小木块B从滑

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

如图所示,一个带有1/4圆弧的粗糙滑板A,总质量为mA=3kg,其圆弧部分与水平部分相切于P,水平部分PQ长为L=3.75m.开始时A静止在光滑水平面上,有一质量为mB=2kg的小木块B从滑板A的右端以水平初速度v0=5m/s滑上A,小木块B与滑板A之间的动摩擦因数为μ=0.15,小木块B滑到滑板A的左端并沿着圆弧部分上滑一段弧长后返回最终停止在滑板A上.
(1)求A、B相对静止时的速度大小;
(2)若B最终停在A的水平部分上的R点,P、R相距1m,求系统在该运动过程中产生的内能;
(3)若圆弧部分光滑,且除v0不确定外其他条件不变,讨论小木块B在整个运动过程中,是否有可能在某段时间里相对地面向右运动?如不可能,说明理由;如可能,试求出B既能向右滑动、又不滑离木板A的v0取值范围.(取g=10m/s2,结果可以保留根号)

◎ 答案

(1)小木块B从开始运动直到A、B相对静止的过程中,系统水平方向上动量守恒,有
mBv0=(mB+mA)v ①
解得v=
2
5
v0
=2m/s②
(2)由能量关系得到Q=
1
2
mB
v20
-
1
2
(mB+mA)v2
=15J ③
(3)设小木块B下滑到P点时速度为vB,同时A的速度为vA,由动量守恒和能量关系可以得到
mBv0=mBvB+mAvA
1
2
mBv02=
1
2
mBvB2+
1
2
mAvA2mBgL

由⑥⑦两式可以得到5vB2-4v0vB-v02+0.9gL=0,得 vB=
4v0-

36v02-18gL
10
<0

化简后为v02>0.9gL ⑥
若要求B最终不滑离A,由能量关系必有 μmBg?2L≥
1
2
mBv02-
1
2
(mB+mA)v2

化简得v02≤gL⑧
故B既能对地向右滑动,又不滑离A的条件为 0.9gL<v0
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