题目内容
如图所示,由于街道上的圆形污水井盖破损,临时更换了一个稍大于井口的红色圆形平板塑料盖。为了测试因塑料盖意外移动致使盖上的物块滑落入污水井中的可能性,有人做了一个实验:将一个可视为质点、质量为m的硬橡胶块置于塑料盖的圆心处,给塑料盖一个沿径向的瞬间水平冲量,使之获得一个水平向右的初速度。实验结果是硬橡胶块恰好与塑料盖分离。设硬橡胶块与塑料盖间的动摩擦因数为μ,塑料盖的质量为M、半径为R,假设塑料盖与地面之间的摩擦可忽略,且不计塑料盖的厚度。
(1)塑料盖的初速度大小为多少?
(2)通过计算说明硬橡胶块是落人井内还是落在地面上?
(1)(2)橡胶块将落入污水井内
解析:
(1)设塑料盖的初速度为v0,硬橡胶块与塑料盖恰好分离时,两者的共同速度为v,由系统动量守恒定律得:Mv0=(m+M)v ①(4分)
由系统功能关系可得: ②(4分)
由①、②解得 ③(2分)
(2)设硬橡胶块与塑料盖恰好分离时,硬橡胶块移动的位移为x,
取硬橡胶块分析,应用动能定理得: ④(3分)
由①、②、④可得: ⑤(3分)
因x<R,故硬橡胶块将落入污水井内(2分)
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