题目内容
【题目】如图,倾角θ=37°的直角斜面体固定在地面上,质量为3m 的物块 c 恰好静止在斜面上的O点,质量为 M 的物块 a 和质量为m 的物块 b 通过一根不可伸长的轻绳相连,轻绳绕过斜面顶端的小滑轮并处于松驰状态,物块a 静止在地面上。从斜面顶端 P 静止释放物块 b,b 滑到 O 点前的瞬间,轻绳恰好伸直,随后瞬间绷断,a 获得 1m/s 的速度(方向竖直向上),之后 b 与 c 立即发生弹性碰撞,碰后 b 运动 1s 至斜面底端 Q。已知,物块 b 与斜面体的动摩擦因数为,空气阻力、滑轮处的摩擦均不计,取 g =10 m/s2 。求:
(1)绳伸直前的瞬间物块 b 的速度大小;
(2)轻绳绷断后,物块 b 在斜面上运动的路程;
(3)物块 a、b 的质量之比
【答案】(1)4.5m/s;(2)m;(3)
【解析】
(1)设b沿斜面下滑过程加速度为、绳伸直前的瞬间物块b的速度为,有
①
②
联立①②解得
m/s2
m/s
(2)设c、b碰撞后的瞬间b速度大小为,上滑的加速度为、时间为t、路程为s1,在上滑过程有
③
④
⑤
在下滑过程有
⑥
联立①~⑥解得
=﹣18m/s(舍去)
=2m/s
m
轻绳绷断后,b物块b在斜面上运动的路程
m
(3)设b、c碰撞前的瞬间b速度大小为,b、c碰撞后的瞬间速度分别为、
对b、c碰撞,取沿斜面向下为正方向
满足
⑦
⑧
联立解得
(沿斜面向上)
(沿斜面向下)
将=2m/s代入上式解得
m/s
轻绳绷断的瞬间,对b由动量定理得
⑨
对a由动量定理得
⑩
联立⑨⑩解得
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