题目内容

如图所示,A为位于一定高度处的质量为m的小球,初速为零。B为位于水平地面上的质量为M的用特殊材料制成的长方形空心盒子,且M=2m,盒子与地面间的动摩擦因数=0.2,设当小球进入盒内后即发生竖直方向的相互作用,相互作用力的大小为2mg,小球受到的盒子的作用力方向竖直向上,盒子受到的小球的作用力方向竖直向下,小球在盒外时没用相互作用。盒子的上表面开有一系列略大于小球的小孔,孔间距满足一定的关系,使得小球进出盒子的过程中始终不与盒子接触.当小球A以v=1m/s的速度从孔1进入盒子的瞬间,盒子B恰以v1=6 m/s的初速度向右滑行.设盒子足够长,取重力加速度g=10m/s2,小球恰能依次从各个小孔进出盒子,且不与盒子底部相碰。试求:

(1)小球A从第一次进入盒子到第二次进入盒子所经历的时间;

(2)盒子上至少要开多少个小孔,才能保证小球始终不与盒子接触;

(3) 从小球第一次进入盒子至盒子停止运动的过程中,盒子通过的总路程.

  (1)A在盒子内运动时,           a=g                           

A在盒子内运动的时间    A在盒子外运动的时间     

A从第一次进入盒子到第二次进入盒子的时间                  (2分)

(2)小球在盒子内运动时,盒子的加速度              (1分)

小球在盒子外运动时,盒子的加速度                      (1分)

小球运动一个周期盒子减少的速度为       (2分)

从小球第一次进入盒子到盒子停下,小球运动的周期数为       

故要保证小球始终不与盒子相碰,盒子上的小孔数至少为2n+1个,即11个.   (2分)

(3)小球第一次在盒内运动的过程中,盒子前进的距离为

                                                 

小球第一次从盒子出来时,盒子的速度                 

小球第一次在盒外运动的过程中,盒子前进的距离为     

小球第二次进入盒子时,盒子的速度                        

小球第二次在盒子内运动的过程中,盒子前进的距离为    

小球第二次从盒子出来时,盒子的速度                     

小球第二次在盒外运动的过程中,盒子前进的距离为     

分析上述各组数据可知,盒子在每个周期内通过的距离为一等差数列,    (6分)[

公差d=0.12m.且当盒子停下时,小球恰要进入盒内,最后0.2s内盒子通过的路程为0.04m.

所以从小球第一次进入盒子至盒子停止运动的过程中,盒子通过的总路程为

                                    (2分)

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