题目内容

17.如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的带有圆弧轨道的平板车,车的上表面是一段长L=1.5m的粗糙水平轨道,水平轨道左侧连一半径R=0.25m的$\frac{1}{4}$光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在点O′相切.现将一质量m=1.0kg的小物块(可视为质点)从平板车的右端以水平向左的初速度v0滑上平板车,小物块恰能到达圆弧轨道的最高点A,随后又滑回到车的水平轨道距O′点0.5m处,随车一起运动,取g=10m/s2,求:
(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小;
(2)要使小物块最终能到达小车的最右端,则v0要增大到多大?.

分析 (1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒,由动量守恒和能量守恒求解初速度v0.
(2)从小物块滑上平板车,最终二者相对静止,由动量守恒列式求得共同速度.小滑块最终能到达小车的最右端,再由能量守恒求解.

解答 解:(1)平板车和小物块组成的系统水平方向动量守恒,设小物块滑回车上与车相对静止时的共同速度为v1.取水平向左为正方向.
由动量守恒定律得 mv0=(M+m)v1
由能量守恒定律得 $\frac{1}{2}$mv02=$\frac{1}{2}$(M+m)v12+μmg(L+s)
据题 s=0.5m
联立并代入数据解得 v0=5m/s
(2)设小滑块最终能到达小车的最右端,v0要增大到v01,小滑块最终能到达小车的最右端时的速度为v2.
由动量守恒定律得 mv01=(M+m)v2
由能量守恒定律得 $\frac{1}{2}$mv12=$\frac{1}{2}$(M+m)v22+μmg•2L
联立并代入数据解得:V01=6.12m/s  
答:
(1)小物块滑上平板车的初速度v0的大小是5m/s.
(2)若要使小物块最终能到达小车的最右端,则v0要增大到6.12m/s.

点评 本题是系统水平方向动量守恒和能量守恒的问题,要注意摩擦产生的内能与两物体间的相对位移有关,物块在圆弧轨道上滑行时系统的总动量不守恒.

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