题目内容

如图所示,粗糙斜面与光滑水平面通过半径可忽略的光滑小圆弧平滑连接,斜面倾角α=37°,A、B是两个质量均为m=1 kg的小滑块(可视为质点),C为左端附有胶泥的质量不计的薄板,D为两端分别连接B和C的轻质弹簧。当滑块A置于斜面上且受到大小F=4 N,方向垂直斜面向下的恒力作用时,恰能向下匀速运动。现撤去F,让滑块A从斜面上距斜面底端L=1 m处由静止下滑,取g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。

求:(1)求滑块A到达斜面底端时的速度大小v1

(2)滑块A与C接触后粘连在一起,求此后两滑块和弹簧构成的系统在相互作用过程中,弹簧的最大弹性势能Ep

解析:(1)滑块A匀速下滑时,共受四力作用,如图1所示。

图1

由平衡条件:mgsin37°=μN1;N1=mgcos37°+F

有:mgsin37°=μ(mgcos37°+F)

简化后得:μ=

代入数据得:μ=0.5

撤去F后,滑块A受三力作用匀加速下滑,受力图见图2。

图2

由动能定理有:(mgsin37°-μmgcos37°)L=

代入数据得:v1=2 m/s

(2)两滑块和弹簧构成的系统在相互作用过程中动量守恒,当它们速度相等时,弹簧具有最大弹性势能,设共同速度为v2

由动量守恒定律有:mv1=(m+m)v2

得:v2=1 m/s

由能量守恒定律有:Ep=

得:Ep=1 J

答案:(1)2 m/s  (2)1 J


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