Question

【题目】半径为R=0.45m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，B点为轨道最低点，在光滑水平面上紧挨B点有一静止的平板车，其质量M=5kg，长度L=0.5m，车的上表面与B点等高，与水平面的高度为h=0.2m，可视为质点的物块从圆弧轨道最高点A由静止释放，其质量m=1kg，g取10m/s2。

（1）求物块滑到B点时对轨道压力的大小；

（2）若平板车上表面粗糙，物块最终恰好没有滑离平板车，求物块最终的速度和物块与平板车之间的动摩擦因数；

（3）若将平板车固定且在上表面铺上一种动摩擦因数逐渐增大的特殊材料，物块在平板车上向右滑动时，所受摩擦力Ff随它距B点位移L的变化关系如图乙所示，物块最终滑离了平板车，求物块落地时与平板车右端的距离．

Answer 1

【答案】（1）30N；（2）0.75；（3）

【解析】

（1）物块从圆弧轨道A点滑到B点的过程中，只有重力做功，其机械能守恒，由机械能守恒定律得

代入数据解得

vB=3m/s

在B点，由牛顿第二定律得

代入数据解得

FN=3mg=3×1×10N=30N

由牛顿第三定律可知，物块滑到轨道B点时对轨道的压力

FN′=FN=30N

（2）物块滑上小车后，由于水平地面光滑，系统的合外力为零，所以系统的动量守恒。以向右为正方向，由动量守恒定律得

mvB=（m+M）v共

代入数据解得

v共=0.5m/s

由能量关系

解得

μ=0.75

（3）物块在小车上滑行时的克服摩擦力做功为Ff-L图线与横轴所围的面积大小。克服摩擦力做功为

物块在平板车上滑动过程，由动能定理得

代入数据解得

由平抛知识可得

x=vt

解得