题目内容
4.如图所示,质量为 M=4.0kg 物体 C 放在水平面上,其上有光滑的四分之一圆弧轨道,轨道半径 R=0.3m,轨道下端与水平面相切.质量为 mA=2.0kg 的小滑块 A 从与圆心等高处由静止释放,滑动到 Q 处与质量为 mB=4.0kg、处于静止状态的小滑块 B 发生弹性碰撞.已知水平面上 Q 点左侧光滑,Q 点右侧粗糙,且与小滑块 A、B 的动摩擦因数均为μ=0.1,小滑块均可视为质点,取 g=10m/s2.求:①滑块 A 刚滑到水平面上时,C 物体的位移大小;
②滑块 A 刚滑到水平面上时的速率;
③AB碰撞后,当B停下来时,AB之间的距离.
分析 ①A在圆弧轨道上下滑时,系统水平方向上不受外力,所以小滑块下滑过程中,小滑块与C组成的系统水平方向上动量守恒,规定向右为正方向,根据动量守恒定律求
解.
②根据动量守恒定律和机械能守恒定律结合求滑块 A 刚滑到水平面上时的速率.
③对于AB碰撞过程,根据动量守恒定律和机械能守恒定律求出碰后两者的速度.根据牛顿第二定律和运动学公式结合求出B滑行的距离和时间,再求解当B停下来时,AB之间的距离.
解答 解:①、②小滑块在下滑过程中,小滑块与C组成的系统水平方向上动量守恒,规定水平向右为正方向.
由动量守恒定律得:0=mAv1+Mv2,
由机械能守恒定律得:mAgR=$\frac{1}{2}$mAv12+$\frac{1}{2}$Mv22,
代入数据解得:滑块 A 刚滑到水平面上时,A、C的速度分别为 v1=2m/s v2=-1m/s
滑块在水平方向上相对于C运动的位移为△x=R=0.3m,
滑块下滑过程中,小滑块与C组成的系统水平方向上动量总是守恒的,则滑块水平方向的速度总是M的两倍,时间相等,
则$\frac{{x}_{1}}{{x}_{2}}$=$\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$=2,且x1+x2=0.3m,则x2=0.1m
即滑块A刚滑到水平面上时,C物体的位移大小为0.1m.
③AB碰撞过程,取水平向右为正方向,由动量守恒定律得:
mAv1=mAvA+mBvB,
由机械能守恒定律得:$\frac{1}{2}$mAv12=$\frac{1}{2}$mAvA2+$\frac{1}{2}$mBvB2,
联立解得:碰后A、B的速度分别为 vA=-$\frac{2}{3}$m/s,vB=$\frac{4}{3}$m/s
碰后B在粗糙水平面滑动时的加速度大小为 a=$\frac{μ{m}_{B}g}{{m}_{B}}$=μg=0.1×10=1m/s2.
B滑行到停止的时间 t=$\frac{{v}_{B}}{a}$=$\frac{\frac{4}{3}}{1}$=$\frac{4}{3}$s,滑行距离 xB=$\frac{{v}_{B}}{2}t$=$\frac{\frac{4}{3}}{2}$×$\frac{4}{3}$=$\frac{8}{9}$m
此过程中A向左滑行的距离 xA=|vA|t=$\frac{2}{3}$×$\frac{4}{3}$=$\frac{8}{9}$m
所以AB碰撞后,当B停下来时,AB之间的距离为 S=xA+xB=$\frac{8}{9}$m+$\frac{8}{9}$m=$\frac{16}{9}$m
答:
①滑块 A 刚滑到水平面上时,C 物体的位移大小是0.1m;
②滑块 A 刚滑到水平面上时的速率是2m/s;
③AB碰撞后,当B停下来时,AB之间的距离是$\frac{16}{9}$m.
点评 本题是系统水平方向动量守恒和能量守恒的问题,应用动量守恒时一定要注意规定正方向,碰撞后B向右做匀减速直线运动,也可以根据动能定理求滑行的距离.
| A. | 0.5m/s2 | B. | 2 m/s2 | C. | 2.5 m/s2 | D. | 3 m/s2 |
| A. | 布朗运动是液体分子的无规则运动 | |
| B. | 没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能 | |
| C. | 知道某物质的摩尔质量和密度可求出物质的摩尔体积 | |
| D. | 内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能可能相同 | |
| E. | 在一个密闭导热容器内的气体,周围环境温度升高,气体压强一定增大 |
| A. | 半径越大,角速度越大,速率越大 | B. | 半径越大,角速度越大,速率越小 | ||
| C. | 半径越小,角速度越大,速率越小 | D. | 半径越小,角速度越大,速率越大 |
| A. | 磁场中某点B的大小,跟放在该点的试探电流元的情况有关 | |
| B. | 磁场中某点的磁感应强度的方向垂直于该点的磁场方向 | |
| C. | 试探电流元在磁场中某点不受磁场力,该点的磁感应强度一定为零 | |
| D. | 磁感应强度B的方向,即为放在该处的小磁针N的受力方向 |
(1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、一端附有滑轮的长木板、细绳、钩码、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有AC.(填选项代号)
A.电压合适的50Hz在交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平
(2)在本实验中,打点计时器使用的交变电流的频率为50Hz,记录小车运动的纸带如题14图所示,在纸带上选择0、1、2、3、4、5的6个计数点.相邻两计数点之间还有四个点未画出,纸带旁并排放着带有分度值为毫米的刻度尺,零点跟“0”计数点对齐,由图可以读出计数点1、3、5跟0点的距离,请读出计数点5跟0点间的距离,填入下列表格中.
| 距离 | d1 | d2 | d3 |
| 测量值/cm | 1.10 | 5.40 | 12.50 |