题目内容

【题目】如图所示,带有 光滑圆弧的小车A的半径为R,静止在光滑水平面上.滑块C置于木板B的右端,A、B、C的质量均为m,A、B底面厚度相同.现B、C以相同的速度向右匀速运动,B与A碰后即粘连在一起,C恰好能沿A的圆弧轨道滑到与圆心等高处,求:

(1)B、C一起匀速运动的速度为多少
(2)滑块C返回到A的底端时AB整体和C的速度为多少
(3)滑块C返回到A的底端时C对A的压力为多少.

【答案】
(1)解:设BC的初速度为v0,AB相碰过程中动量守恒,碰后总体质量2m,速度u,选取需要为正方向,则:

mv0=2mu,

得u= v0

C滑到最高点的过程中,由动量守恒定律:mv0+2m u=(m+2m)u′

由机械能守恒: mv02+ 2mu2 (m+2m)u/2=mgh

解得:

答:B、C一起匀速运动的速度为


(2)解:C从底端滑到顶端再从顶端滑到底部的过程中,满足水平方向动量守恒、机械能守恒,有:

mv0+2mu=mv1+2mv2

mv02+ 2mu2= mv12+ 2mv22

解得:

答:滑块C返回到A的底端时AB整体为 ,C的速度为


(3)解:滑块C在A的底端时相对A向左运动(对地速度向右),其相对A滑动的速度为:

Vx=v1﹣v2

由圆周运动规律:F﹣mg=

解得:F=4mg

答:滑块C返回到A的底端时C对A的压力为4mg.


【解析】(1)AB组成的系统水平方向不受力,满足动量守恒,可求得滑块B与A碰撞后的速度时速度,再以ABC为系统水平方向动量守恒,求得C到达A的最高点时ABC的速度,再根据能量守恒求得B、C一起匀速运动的速度;(2)根据动量守恒定律与机械能守恒即可求出滑块C返回到A的底端时AB整体和C的速度为多少(3)C与AB都需要运动,但C相对于A向左运动,先求出相对速度,然后由牛顿第二定律即可求出.
【考点精析】认真审题,首先需要了解向心力(向心力总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小;向心力是根据力的效果命名的.在分析做圆周运动的质点受力情况时,千万不可在物体受力之外再添加一个向心力),还要掌握功能关系(当只有重力(或弹簧弹力)做功时,物体的机械能守恒;重力对物体做的功等于物体重力势能的减少:W G =E p1 -E p2;合外力对物体所做的功等于物体动能的变化:W =E k2 -E k1 (动能定理);除了重力(或弹簧弹力)之外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化:W F =E 2 -E 1)的相关知识才是答题的关键.

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