题目内容

7.如图所示,质量M=1kg、长为L=4m的小车放在光滑的水平地面上,其右端与台阶P点的距离为S1,小车上表面与台阶的相平,台阶通过一小段光滑的圆弧平滑连接一倾角θ=37°足够长的斜面.现有一质量m=2kg的滑块(不计大小)以v0=6m/s的初速度滑上小车左端,带动小车向右运动.小车与台阶碰撞前瞬间刚好与滑块同速,且碰后粘在台阶上,已知滑块与小车表面及斜面的滑动摩擦因数分别为μ1=0.2,μ2=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2.求:
(1)小车右端最初与台阶P点的距离S1;
(2)滑块最终静止的位置离小车右端的距离S2.

分析 由动量守恒定律求出小车与滑块的共同速度,对小车应用动能定理求出小车右端最初与台阶P点的距离S1;
因为滑块在斜面上运动时 mgsinθ>μ2mgcosθ,所以滑块不会静止在斜面上,最终会滑回小车.对全过程应用动能定理求解;

解答 解:(1)设小车与滑块的共同速度为V,设向右为正方向,由动量守恒定律和动能定理得:
mv0=(m+M)v  (1)
μ1mgs1=$\frac{1}{2}$Mv2   (2)
解得  S2=2m  
(2)因为滑块在斜面上运动时mgsinθ>μ2mgcosθ,所以滑块不会静止在斜面上,最终会滑回小车.设滑块第一次滑到P点速度为V1,在斜面滑行的最大距离为S,再次滑回P点的速度为V2.据动能定理得
滑块从开始到P点有:-μ1mg(L+s1)=$\frac{1}{2}$mv12$-\frac{1}{2}$mv02   (3)
滑块在斜面上滑有:-(mgsinθ+μ2mgcosθ )S=0$-\frac{1}{2}$mv12   (4)
滑块在斜面下滑有:(mgsinθ-μ2mgcosθ)S=$\frac{1}{2}$mv22-0   (5)
设滑块在小车上向左滑行距离X速度减为零,有:-μ1mgx=0-$\frac{1}{2}$mv22  (6)
解得:x=0.6m<L         
故  s2=0.6m,即滑块最终静止在小车上离P点1m处.     
答:(1)小车右端最初与台阶P点的距离S1为2m;
(2)滑块最终静止的位置离小车右端的距离S2为0.6m

点评 本题是一道力学综合题,是多研究对象多过程问题,物体运动过程复杂,分析清楚运动过程是正确解题的前提与关键,分析清楚运动过程后,应用相关规律即可正确解题.

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