题目内容
【题目】(14分)如图所示,一个质量为m的长木板静止在光滑的水平面上,并与半径为的光滑圆弧形固定轨道接触(但不粘连),木板的右端到竖直墙的距离为s;另一质量为2m的小滑块从轨道的最高点由静止开始下滑,从圆弧的最低点A滑上木板。设长木板每次与竖直墙的碰撞时间极短且无机械能损失。已知滑块与长木板间的动摩擦因数为μ。试求:
(1)滑块到达A点时的速度大小以及物体对轨道的压力大小;
(2)若滑块不会滑离长木板,试讨论长木板与墙第一次碰撞前的速度与s的关系;
(3)若s足够大,为了使滑块不滑离长木板,板长L应满足什么条件。
【答案】(1)6mg;(2)若,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为;若,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为 ;(3)。
【解析】
试题(1)滑块从轨道的最高点到最低点,由机械能守恒,
设到达A点的速度为;则①
得:②
由牛顿第二定律可知,在A点有:③
由②③得:④
由牛顿第三定律,滑块在A点对轨道的压力:⑤
(2)若第一次碰撞前的瞬间,滑块与木板达到共同速度,
则:⑥
⑦
由②⑥⑦得:⑧
ⅰ.若,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为⑨
ⅱ. 若,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为,则:⑩
得: 11
(3)因为S足够大,每次碰前滑块与木板共速;因为,每次碰后系统的总动量方向向右,要使滑块不滑离长木板,最终木板停在墙边,滑块停在木板上。(没有文字说明的扣1分)
由能量守恒得:12,
解得13
评分标准:①⑥⑦每式2分,123分,其余每式1分。
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