题目内容

【题目】如图所示,有一质量为M=2. 0kg、内表面光滑的水平金属盒,其长度L=1.4m,静止放置在粗糙且较大的水平桌面上,在水平金属盒的左、右两端各有一个挡板,金属盒与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.1,在金属盒内的最右端静止放置一个质量为m=2. 0kg、半径为r=0.2m的光滑金属小球,现在某时刻金属盒获得一个水平向右的初速度vo= 3m/s,不计挡板的厚度、小球与挡板碰撞的时间及能量损失,重力加速度g= l0m/s2.则:

(1)金属盒在水平桌面上运动的加速度是多少?

(2)最后系统处于静止状态时,金属小球的球心距左边档板的水平距离是多少?

【答案】(1) (2)

【解析】(1)金属盒受到的摩擦力f=μ(M+m)g

由牛顿第二定律:F=Ma

以上各式解得a=2m/s2

(2)金属盒与金属球第一次碰撞时,运动的距离为s1=1.4m-0.2×2m=1.0m

在这个过程中,对金属盒由动能定理:

在碰撞时,动量守恒,能量守恒:

解得v1′=0 v2=m/s

金属球运动1m后又与挡板碰撞,碰后金属球静止,金属盒又以 m/s的速度运动,对金属盒由动能定理:

解得s2=1.25m大于1m,金属盒运动1m后又要与挡板碰撞,对金属盒由动能定理:

解得小球第二次与金属盒碰后的速度为v2=1m/s

对金属盒由动能定理:

解得s4=0.25m

小球的球心到挡板的距离为s=1.40m-0.20m-0.25m=0.95m

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