如图所示,水平光滑地面上放一质量M=3kg的小车,左侧靠在竖直墙上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,最低点B与粗糙的水平轨道BC相切.质量m=lkg的小滑块从A点正上方距BC竖

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,水平光滑地面上放一质量M=3kg的小车,左侧靠在竖直墙上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,最低点B与粗糙的水平轨道BC相切.质量m=lkg的小滑块从A点正上方距BC竖直高度h=1.8m处无初速下落,滑过圆弧轨道后沿水平方向在小车上滑动.当小车与滑块达到共同速度后,小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,之后滑块从小车上掉下做自由落体运动,已知滑块与BC间的动摩擦因数μ=0.3,g=10m/S2,不计空气阻力,求:
(1)滑块到达小车上B点时的速度大小;
(2)滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间;
(3)BC的长度.

◎ 答案

解(1)设物块到达B点的速度为vB,有:mgh=
1
2
m
v21

解得:v1=

2gh
=

2×10×1.8
m/s=6
m/s
(2)以物块及小车系统为研究对象,向右的方向为正方向,根据动量守恒得:mv1=(M+m)v2
解得:v2=
mv1
M+m
=
1×6
3+1
m/s=1.5
m/s
设滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间t,则:-μmg?t=mv2-mv1
t=
v1-v2
μg
=
6-1.5
0.3×10
s=1.5
s
(3)当小车与滑块达到共同速度时,滑块的位移:x1=
v1+v2
2
?t=
6+1.5
2
×1.5m=5.625
m
小车的位移:x2=
v2
2
?t=
1.5
2
×1.5m=1.125
m
小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,滑块则在小车上向右做减速运动,由于滑块从小车上掉下做自由落体运动,所以滑块的末速度是0,
该过程中小车与滑块组成的系统动量守恒,设小车的末速度是v 3,向右的方向为正方向,得:
-Mv2+mv2=Mv3+m×0
得:v3=
-Mv2+mv2
M
=
-3×1.5+1×1.5
3
m/s=-1
m/s
该过程对应的时间:-μmgt′=0-mv2
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