题目内容

精英家教网如图所示,固定在地面上的光滑圆弧轨道AB、EF,他们的圆心角均为90°,半径均为R,一质量为m,上表面长也为R的小车静止在光滑水平面CD上,小车上表面与轨道AB、EF的末端B、E相切,一质量也为m的物体(大小不计)从轨道AB的A点由静止下滑,由末端B滑上小车,小车在摩擦力的作用下向右运动,当小车右端与壁DE刚接触时,物体m恰好滑动到小车右端相对于小车静止,同时小车与DE相碰后立即停止运动但不粘连,物体则继续滑上圆弧轨道EF,以后又滑下来冲上小车,求:
(1)物体从A点滑到B点时的速率和滑上EF前的瞬时速率;
(2)水平面CD的长度;
(3)当物体再从轨道EF滑下并滑上小车后,如果小车与壁BC相碰后速度也立即变为零,最后物体m停在小车上的Q点,则Q点距小车右端的距离.
分析:(1)根据机械能守恒定律求出物体从A点滑到B点时的速率,根据动量守恒定律求出滑上EF前的瞬时速率.
(2)对物体运用动能定理、对系统运用能量守恒定律,联立求出水平面CD的长度.
(3)根据动量守恒定律求出AB的共同速度,对系统运用能量守恒定律求出两者速度相同时,之间的相对距离,小车停止后,物体做匀减速直线运动,再根据动能定理求出匀减速直线运动的位移,从而得出最终物体在小车上滑行的距离.
解答:解:(1)设物体从A滑落至B时速率为v0,由机械能守恒可得mgR=
1
2
mv02

解得  v0=
2gR

物体与小车相互作用过程中,系统动量守恒,设共同速度为v1,则mv0=2mv1
解得    v1=
2gR
2

(2)设物体与小车间的摩擦力为f,对物体,由动能定理得-fSCD=
1
2
mv12-
1
2
mv02

对系统,由能量守恒定律得fR=
1
2
mv02-
1
2
?2mv12

解得   SCD=
3
2
R

(3)设物体从EF滑下后与车达到相对静止,共同速度为v2,相对车滑行的距离为S1,系统动量守恒,则mv1=2mv2
对系统,由能量守恒定律得fS1=
1
2
mv12-
1
2
?2mv22

车停后物体做匀减速运动,相对车滑行距离为S2,对物体,由动能定理得-fS2=0-
1
2
mv22

联立解得  S1=
R
4
  ,S2
=
R
8

则Q点距小车右端的距离为d=S1+S2=
3
8
R

答:(1)(1)物体从A点滑到B点时的速率为
2gR
,滑上EF前的瞬时速率为
2gR
2
;
(2)水平面CD的长度为
3R
2
;
(3)Q点距小车右端的距离为
3
8
R
.
点评:本题综合考查了动量守恒定律、能量守恒定律、机械能守恒定律、动能定理,综合性较强,涉及的过程较多,关键是合理地选择研究对象和研究过程,选择合适的规律进行求解.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网