题目内容

【题目】如图所示,小物块甲紧靠轨道BCD静置于光滑水平面上,轨道BCD由水平轨道CD及与CD相切于C的光滑圆弧轨道组成,圆弧轨道的半径为R。现将小物块乙(视为质点)从B点正上方到B点高度为RP点由静止释放,乙从B点沿切线方向进入圆弧轨道,恰好不会从水平轨道CD的左端D点掉落。已知甲、乙以及轨道BCD的质量相同,乙与CD间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度大小为g。求:

(1)乙通过C点时的速度大小v1

(2)CD的长度L以及乙在CD上滑行的时间t

(3)在乙从B点开始滑到D点的时间内,轨道BCD的位移大小x

【答案】(1)(2)(3)

【解析】

(1)设乙的质量为m,当乙滑到C点时,轨道与甲的共同速度大小为,系统水平方向动量守恒,有

由系统机械能守恒有

解得

(2)乙滑到C点后,轨道与甲分离,设轨道与乙速度相同时的速度大小为v,乙从C点滑到D点的过程中,对乙和轨道,由动量守恒定律和能量守恒定律分别有

解得

设乙从C点滑到D点的过程中的加速度大小为a,由牛顿第二定律有

乙从C点滑到D点的过程做匀减速直线运动,有

解得

(3)设乙从B点滑到C点的时间为,该过程轨道通过的距离为,系统水平方向动量守恒,有

设乙沿轨道C点运动到D点的过程中轨道通过的距离为,由动能定理有

经分析可知

解得

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