如图所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为R=0.4米的光滑圆弧面小车,小

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,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为 R=0.4米的光滑圆弧面小车,小车立即沿光滑水平面PQ运动。设:开始时平面AB与圆弧CD相切,A、B、C三点在同一水平线上,令AB连线为X轴,且AB=d=0.64m,滑块在AB面上运动时,其动量随位移的变化关系为P=1.6kgm/s,小车质量M=3.6kg,不计能量损失。求:
(1)滑块受水平推力F为多大?
(2)滑块到达D点时,小车速度为多大?
(3)滑块能否第二次通过C点? 若不能,说明理由;若能,求出返回C点时小车与滑块的速度分别为多大?
(4)滑块从D点滑出再返回D点这一过程中,小车移动距离为多少? (g取10m/s2)

◎ 答案

(1)由P=1.6=mv,代入x=0.64m,可得滑块到B点速度为:
      VB=1.6/m=1.6/0.4 m/s ="3.2" m/s(3分)
      A→B,由动能定理得:FS=mVB2
            所以 F=m =0.4×3.22/(2×0.64) N ="3.2N   " (3分)
(2)滑块由C→D的过程中,滑块和小车组成系统在水平方向动量守恒,由于滑块始终紧贴着小车一起运动,在D点时,滑块和小车具有相同的水平速度VDX。由动量守恒定律得:mVC=(M+m)VDX    VC=VB
所以 VDX=mVC/(M+m)="0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.32m/s   " (3分)
(3)滑块一定能再次通过C点。因为滑块到达D点时,将脱离小车相对于小车做竖直上抛运动(相对地面做斜上抛运动)。因题中说明无能量损失,可知滑块在离车后一段时间内,始终处于D点的正上方(因两者在水平方向不受力作用,水平方向分运动为匀速运动,具有相同水平速度), 所以滑块返回时必重新落在小车的D点上,然后再沿圆孤下滑,最后由C点离开小车,做平抛运动落到地面上。
以滑块、小车为系统,以滑块滑上C点为初态,滑块第二次滑到C点时为末态,此过程中系统水平方向动量守恒,系统机械能守恒得:
    mVC=mVC‘+MV              (2分)         
mVC2=mVC2+MV2                   (2分)
上式中VC‘、V分别为滑块返回C点时,滑块与小车的速度,
     V="0.64m/s           " VC’=" -2.56m/s " (负号表示与V反向 ) (2分)
(4) 由机械能守恒定律,滑快由C到D,对系统有:
mVC2=mgR+ M VDX2+m(VDX2+VDY)(2分)
所以(1分)
滑块离D到返回D这一过程中,小车做匀速直线运动,前进距离为:
S=VDX2VDY/g
=0.32×2×1.1/10 m ="0.07m      " (2分)(其它正确解法相应给分)

◎ 解析

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为R=0.4米的光滑圆弧面小车,小…”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。

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