题目内容

如图所示,半径R=0.8m的四分之一光滑圆弧固定在光滑水平面上,轨道上方A点有一质量为m=1.0㎏的小物块;小物块由静止开始下落后打在圆轨道上B点但未反弹,在瞬间碰撞过程中,小物块沿半径方向的分速度立刻减为零,而沿切线方向的分速度不变。此后,小物块将沿圆弧轨道滑下。已知A、B两点到圆心O的距离均为R,与水平方向夹角均为θ=300;C点为圆弧轨道末端,紧靠C点有质量M=3.0㎏的长木板P,木板上表面与圆弧轨道末端切线相平,木板长L=2.5m,取g=10m/s2。求:(1)小物块刚到达B点时的速度vB;

(2)小物块沿圆轨道到达C点时对轨道的压力;

(3)小物块与长木板的动摩擦因数至少为多大时,小物块才不会滑出长木板。

解(1) 由题意知:AB间距离为R …… (1分)

         从A到B小物块机械能守恒:

         mgR = mvB2/2  ……  (2分)

         vB = 4m/s ,方向竖直向下.(2分)

      (2) 如图.小物块沿切线方向的分速度为

        vBг= vB·sin600 ……(1分)

        从B到C.由机械能守恒:

       m vBг2/2 + mgR(1-cos600) = mvC2/2 …… (2分)

       在C点.由牛顿第二定律:

        NC-mg = mvC2/R …… (2分)

解得:  NC = 35 N …… (1分)

由牛顿第三定律: NC,= 35 N .方向竖直向下.(2分)

(3) 小物块滑上长木板后,由系统动量守恒及能量守恒:

 mvC = ( m + M )v  …… (2分)

 μmg·L = mvC2/2 + ( m + M )v2/2 …… (2分)

解得:μ= 0.3 (1分)

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