题目内容

【题目】如图,水平平台BC的右端与倾角θ=的足够长斜面CD相接,左端紧邻水平传送带上表面ABABL1=9mBCL2=11m,水平传送带始终以v'=6m/s的速度向右匀速运动。质量m1=2kg的小滑块Pm/s的水平向右速度从A端冲上传送带,在B端与质量m2=1kg的静止小滑块Q发生了时间极短的弹性碰撞。已知两滑块与传送带和平台的动摩擦因数均为u1=0.2Q与斜面的动摩擦因数为u2=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,滑块可视为质点、滑块通过C点前后速率不变。(重力加速度g=10m/s2sin=0.6cos=0.8,若需要将开平方根,可认为:=10.8)。求:

(1)碰撞后瞬间,PQ各自的速度大小;

(2)AB的过程中,P与传送带间因摩擦产生的热量;

(3)平台对Q的摩擦力的总冲量。

【答案】(1)v2=3m/sv3=12m/s(2)14.4J(3),方向水平向右

【解析】

(1)碰前,假设P的速度始终大于v′,且P到达B端的速度为v1,对P,由牛顿第二定律有

代数据得

由运动学规律有

代入数据得

故假设成立,设PQ碰后瞬间的速度分别为v2v3,碰撞过程中,系统动量守恒、机械能守恒,有

代入数据解得

(2)P在传送带上的运动时间为t,由运动学规律有

代入数据得

传送带在时间t内的位移为

P相对传送带的路程为

P与传送带之间因摩擦产生的热量为

代入数据解得

(3)假设PQ不再发生第二次碰撞,设P在平台上发生的位移为x1,由动能定理有

代入数据得

Q滑到C点时的速度为vC,由动能定理有

代人数据得

在倾斜轨道CD上,由于

Q要返回平台,设QCD上发生的最大位移为x2,回到C点时速度大小为v4。由动能定理有

代入数据得

Q在平台上向左发生的位移为x3,由动能定理有

代入数据得

故假设成立,PQ不再发生第二次碰撞,设Q向右、向左运动时,摩擦力的冲量分别为I1I2,以向右为正方向,由动量定理有

平台对Q的摩擦力的总冲量为

代数据解得

方向水平向右。

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