题目内容

【题目】如图,科研人员在研究某运动赛道路面特性时,将一质量m=lkg小滑块(视为质点)在半径R=0.4m的圆弧A端由静止释放,运动到B点时速度为v=2m∕s.经过B后立即将圆弧轨道撤去。滑块在可视为光滑材料的水平面上运动一段距离后,通过换向轨道由C点过渡到倾角为θ=37°、长s=lm斜面轨道CD上,CD之间铺了一层匀质特殊材料,其与滑块间的动摩擦系数可在0≤μ≤1.5之间调节。斜面底部D点与光滑地面平滑相连,地面上一根轻弹簧一端固定在O点,自然状态下另一端恰好在D点。认为滑块通过C和D前后速度大小不变,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力。

(1)求滑块在B点时对轨道的压力大小以及在AB上克服阻力所做的功;

(2)若设置μ=0.5,求质点从C运动第一次运动到D点的时间;

(3)若最终滑块停在D点,求μ的可能取值范围。

【答案】(1)20N,2J(2)(﹣1)s(3)≤μ≤或者μ=1

【解析】

(1)滑块在B点,受到重力和支持力,在B点,根据牛顿第二定律有:,

代入数据解得:F=20N,

由牛顿第三定律得:=20N。

从A到B,由动能定理得:mgR﹣W=mv2,

代入数据得:W=2J。

(2)在CD间运动,由牛顿第二定律得:mgsinθ﹣μmgcosθ=ma,

解得:a=6m/s2,

根据匀变速运动规律有:

代入数据解得:t=(﹣1)s

(3)最终滑块停在D点有两种可能:

A.滑块恰好从C下滑到D,由动能定理得:mgssinθ﹣μmgcosθ=0-

解得:μ=1

B.滑块在斜面CD和水平地面间多次往复运动,最终静止在D点。

当滑块恰好能返回C不飞出,由动能定理得:﹣μ1mgcosθ2s=0﹣,

解得:μ1=

当滑块恰好能静止在斜面上,则有mgsinθ=μ2mgcosθ

解得:μ2=

所以≤μ≤或者μ=1

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