题目内容

如图所示,质量分别为m和M的滑块A和B静止于光滑的水平台面上,A和B之间夹有一轻质弹簧(A、B与弹簧不连接),弹簧处于被压缩状态,有一轻质绳连接着A和B。水平台面左端连接着一半径为R=0.2m的光滑圆轨道PQ,右端为一倾角为37°的足够长的斜面CD,滑块B与斜面CD间的动摩擦因数为。烧断两滑块间的轻质绳后,由于弹簧弹力的作用,滑块A将沿圆轨道做圆周运动,且在最高点P轨道对滑块的压力恰好等于滑块的重力。已知两滑块的质量之比为,重力加速度g=10m/s2.求:

(1)烧断细绳,弹簧恢复原长时两滑块的速度大小;

(2)滑块B将沿斜面上滑,且从斜面底端C开始经过t=0.5s,恰好经过D点,求CD的长度。

(1)(2)


解析:

(1)设弹簧恢复原长时A、B两滑块的速率分别为,滑块A到达圆轨道最高点时的速率为

滑块A在最高点,轨道对其的压力恰好与其重力相等

                       ①     (2分)

滑块A在光滑圆轨道上运动过程中机械能守恒,所以有

          ②    (2分)

烧断细绳后,A、B两滑块在弹簧弹力作用下运动过程中动量守恒,且二者运动速度方向相反,所以有:

                   ③    (2分)

由题给条件有:

                    ④   (1分)

联立以上各式求解得:    (3分)

(2)滑块B在C点时的速度:

滑块沿CD段向上运动时做匀减速度直线运动至静止,设其加速度大小为,发生的位移大小为,所用时间为,则有

        ⑤           (1分)

                             ⑥           (1分)

                               ⑦            (1分)

联立以上三式求解得:   (1分)

返回时做初速度为零的匀加速直线运动,设其加速度大小为,运动时间为,位移为,则有

                ⑧               (1分)

                              ⑨                (1分)

                             ⑩                (1分)

联立以上三式代数求解得:                       (1分)

所有CD的长度为:                      (1分)

说明:用其它方法计算,只要正确,同样给分

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