如图所示,在光滑水平地面上,有一质量m1=4.0kg的平板小车,小车的右端有一固定的竖直挡板,挡板上固定一轻质细弹簧。位于小车上A点处质量m2=1.0kg的木块(可视为质点)与弹
◎ 题目
如图所示,在光滑水平地面上,有一质量m1= 4.0kg的平板小车,小车的右端有一固定的竖直挡板,挡板上固定一轻质细弹簧。位于小车上A点处质量m2=1.0kg的木块(可视为质点)与弹簧的左端相接触但不连接,此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与A点左侧的车面之间的动摩擦因数μ= 0.40,木块与A点右侧的车面之间的摩擦可忽略不计。现小车与木块一起以v0= 2.0m/s的初速度向右运动,小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞,已知碰撞时间极短,碰撞后小车以v 1= 1.0m/s的速度反向弹回,已知重力加速度g取10m/s2,弹簧始终处于弹性限度内。求: (1)小车撞墙后弹簧的最大弹性势能; (2)要使木块最终不从小车上滑落,则车面A点左侧粗糙部分的长度应满足什么条件? |
◎ 答案
(1)EP=3.6J (2)车面A点左侧粗糙部分的长度应大于0.90m。 |
◎ 解析
(1)小车与墙壁碰撞后向左运动,木块与小车间发生相对运动将弹簧压缩至最短时,二者速度相等,此时弹簧的弹性势能最大,此过程中,二者组成的系统动量守恒,设弹簧压缩至最短时,小车和木块的速度大小为v,根据动量守恒定律有: m1v1-m2v0=(m1+m2)v, ① 解得 v=0.40m/s。 ② 设最大的弹性势能为EP,根据机械能守恒定律可得 EP=m1v12+m2v02-(m1+m2)v2, ③ 由②③得EP=3.6J。 ④ (2)根据题意,木块被弹簧弹出后滑到A点左侧某处与小车具有相同的速度v’时,木块将不会从小车上滑落, 此过程中,二者组成的系统动量守恒,故有v’ =v=0.40m/s,⑤ 木块在A点右侧运动过程中,系统的机械能守恒,而在A点左侧相对滑动过程中将克服摩擦阻力做功,设此过程中滑行的最大相对位移为L,根据功能关系有 μm2gL= m1v12+m2v02-(m1+m2)v’2, ⑥ 解得L=0.90m, ⑦ 即车面A点左侧粗糙部分的长度应大于0.90m。 |
◎ 知识点
专家分析,试题“如图所示,在光滑水平地面上,有一质量m1=4.0kg的平板小车,小车的右端有一固定的竖直挡板,挡板上固定一轻质细弹簧。位于小车上A点处质量m2=1.0kg的木块(可视为质点)与弹…”主要考查了你对 【动量守恒定律】 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。- 最新内容
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