题目内容

4.质量为5kg的物块甲从倾角为37°的传输带上端静止下滑,传送带向上均速转动,其速度v=1m/s,传送带AB长度为16米,物块进入水平地面CD后与放在水平地面CD上距C点x1=1m处的物块乙相碰,结果乙进入光滑半圆弧轨道DE,并恰好能到达半圆轨道的最高点E,传送带与水平地面之间光滑连接(光滑圆弧BC长度可忽略),水平面CD长度为1.8米,物块与水平地面及传送带的动摩擦因数均为μ=0.5,圆弧DE半径R=0.8m,物块乙的质量为1kg,g取10m/s2.试求:
(1)物块甲在传送带上滑动产生的热量
(2)碰撞后一瞬间物块甲的速度.

分析 (1)分析滑块下滑过程中相对位移,由摩擦力与相对位移的乘积可求得热量;
(2)分别对甲、乙两物体分析,由动能定理可求得甲球碰前及乙球碰后的速度,再由动量守恒定律可求得碰后甲的速度.

解答 解:(1)传送带上运动,则摩擦力一直向上,则物块的加速度为:
${a}_{2}=\frac{mgsin37°-μmgcos37°}{m}$=gsin37°-μgcos37°=10×0.6-0.5×10×0.8m/s2=2m/s2.
物体下滑到底部的时间为:t=$\sqrt{\frac{2x}{{a}_{2}}}$=$\sqrt{\frac{2×16}{2}}$=4s;
此时传送带的位移为:s1=vt=1×2=2m;
相对位移为:x=s1+16=2+16=18m;
则产生的热量为:Q=μmgcos37°x=400J;
(2)物体到达C点的速度为:vC=at=2×2=4m/s;
物体由C到乙的位置时,由动能定理可得:
-μmgx1=$\frac{1}{2}$mv甲2-$\frac{1}{2}$mvC2
解得:v甲=$\sqrt{6}$m/s;
碰后乙恰好到达最高点,则由mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$可得:
v乙=$\sqrt{gR}$=$\sqrt{10×0.8}$=$\sqrt{8}$m/s
对乙物体运动过程由动能定理可得:
-μm乙g(L-x1)=$\frac{1}{2}$mv乙2-$\frac{1}{2}$mv乙′2
解得:碰后乙的速度为:
v乙′=4m/s;
则对碰撞过程由动量守恒定律可知:m甲v甲=m甲v+m乙v乙′
解得甲的速度为:v=1.65m/s;
答:(1)物块甲在传送带上滑动产生的热量为20J;
(2)碰撞后一瞬间物块甲的速度为4$\sqrt{3}$m/s.

点评 本题考查动量守恒定律及动能定理的应用,过程较为复杂,要注意正确分析物理过程,根据物理过程明确物理规律的选择.

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