题目内容

15.如图,在倾角为θ的足够长固定斜面上静置质量为m的小物块A,A与斜面间动摩擦因数μ=tanθ.另有质量为$\frac{m}{7}$的光滑小物块B在斜面上与A相距为L处由静止释放,向A运动并与A正碰,碰撞时间极短,碰后A的速度为B碰前速度的$\frac{1}{4}$,求
(1)第一次碰撞后至第二次碰撞前,A、B间的最大距离△sm
(2)B从开始下滑至第二次与A碰撞所需的时间t.

分析 (1)根据动能定理求出B与A碰撞前B的速度,A、B碰撞的瞬间A、B组成的系统动量守恒,结合动量守恒定律求出碰撞后A、B的速度,分析出A、B的运动规律,结合运动学公式求出A、B间的最大距离.
(2)根据位移时间公式求出B下滑第一次与A碰撞的时间,从第一次碰撞到第二次碰撞,结合运动学公式,根据位移关系求出时间,从而得出B从开始下滑至第二次与A碰撞所需的时间t.

解答 解:(1)设小物块B运动到A处时速度为vB,由动能定理$\frac{m}{7}gLsinθ=\frac{1}{2}\frac{m}{7}v_B^2$得   
$v_B^2=2gLsinθ$①
B、A相碰时间极短,由动量守恒定律,规定沿斜面向下为正方向$\frac{m}{7}{v_B}=\frac{m}{7}{v_B}^′+m{v_A}$②
依题意,A碰后速度    ${v_A}=\frac{1}{4}{v_B}$③
由①~③式可得B碰后速度   ${v_B}^′=-\frac{3}{4}{v_B}$④
对A,由于 μ=tanθ,则有  mgsinθ=μmgcosθ,碰后A沿斜面向下做匀速运动.
设B、A碰撞后经时间t1速度相同,此时A、B间距最大,由运动学公式${v_A}={v_B}^′+gsinθ•{t_1}$⑤
t1时间内A的位移 sA=vAt1⑥
t1时间内B的位移 ${s_B}=\frac{{{v_B}^′+{v_A}}}{2}{t_1}$⑦
A、B间最大距离△sm=sA-sB⑧
由③~⑧式解得  A、B之间最大距离△sm=L
(2)从B开始下滑至第一次与A碰撞结束经历的时间为t0
$L=\frac{1}{2}gsinθ•{t_0}^2$⑨
解得${t_0}=\sqrt{\frac{2L}{gsinθ}}$
第一次碰撞结束至第二次与A碰撞经历时间为t2,此过程两物体位移相等有${v_A}{t_2}={v_B}^′{t_2}+\frac{1}{2}gsinθ•{t_2}^2$⑩
解得      ${t_2}=\frac{{2{v_B}}}{gsinθ}=2\sqrt{\frac{2L}{gsinθ}}$
则B从开始下滑至第二次与A碰撞经历的时间为   $t={t_0}+{t_2}=3\sqrt{\frac{2L}{gsinθ}}$.
答:(1)第一次碰撞后至第二次碰撞前,A、B间的最大距离为L.
(2)B从开始下滑至第二次与A碰撞所需的时间为$3\sqrt{\frac{2L}{gsinθ}}$.

点评 本题考查了动量守恒定律和动力学知识的综合,关键理清A、B在碰撞前后的运动规律,根据牛顿定律、运动学公式综合求解,难度中等.

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