题目内容

如图所示,为光电计时器的实验简易示意图,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间,实验中所选用的光电门传感器可测的最短时间为0.01 ms.光滑水平导轨MN上放两个相同物块AB,其宽度a=3.0×10-2 m,左端挡板处有一弹射装置P,右端N处与水平传送带平滑连接,今将挡光效果好,宽度为d=3.6×10-3 m的两块黑色磁带分别贴在物块AB上,且高出物块,并使高出物块部分在通过光电门时挡光.传送带水平部分的长度L=8 m,沿逆时针方向以恒定速度v=6 m/s匀速传动.物块AB与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,质量mA=mB=1 kg.开始时在AB之间压缩一轻弹簧,锁定其处于静止状态,现解除锁定,弹开物块AB,迅速移去轻弹簧,两物块第一次通过光电门,计时器显示读数均为t=9.0×10-4 s.g取10 m/s2.试求:

(1)弹簧储存的弹性势能EP

(2)物块B沿传送带向右滑动的最远距离sm

(3)物块B滑回水平面MN的速度大小

(4)若物体B返回水平面MN后与被弹射装置P弹回的物块A在水平面上相碰,且AB碰后互换速度,则弹射装置P至少必须对物块A做多少功,才能在AB碰后使B刚好能从Q端滑出?此过程中,滑块B与传送带之间因摩擦产生的内能ΔE为多大?

答案:
解析:

  (1)解除锁定弹开物块AB后,两物体的速度大小

   2分

  弹簧储存的弹性势能 1分

  (2)物块B滑上传送带匀减速运动,当速度减为零时,滑动的距离最远.

  由动能定理得: 2分

  得: 1分

  (3)物块B沿传送带向左返回时,先匀加速运动,物块速度与传送带速度相同时再一起匀速运动,设物块B加速到传送带速度v需要滑动的距离为

  由 得 2分

  表明物块B滑回水平面MN的速度没有达到传送带的速度

  所以: 1分

  (4)设弹射装置对物块A做功为W,则: 1分

  AB碰后速度互换,B的速度 1分

  B要刚好能滑出传送带的Q端,由能量关系有: 1分

  又mAmB,联立解得: 1分

   1分

  在B滑过传送带的过程中,传送带移动的距离: 1分

  因摩擦产生的内能为: 2分


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