题目内容

如图所示,质量为m=0.4kg的滑块,在水平外力F作用下,在光滑水平面上从A点由静止开始向B点运动,到达B点时外力F突然撤去,滑块随即冲上半径为 R=0.4米的光滑圆弧面小车,小车立即沿光滑水平面PQ运动。设:开始时平面AB与圆弧CD相切,A、B、C三点在同一水平线上,令AB连线为X轴,且AB=d=0.64m,滑块在AB面上运动时,其动量随位移的变化关系为P=1.6kgm/s,小车质量M=3.6kg,不计能量损失。求:

(1)滑块受水平推力F为多大?

(2)滑块到达D点时,小车速度为多大?

(3)滑块能否第二次通过C点? 若不能,说明理由;若能,求出返回C点时小车与滑块的速度分别为多大?

(4)滑块从D点滑出再返回D点这一过程中,小车移动距离为多少? (g取10m/s2)

 

【答案】

(1)由P=1.6=mv,代入x=0.64m,可得滑块到B点速度为:

      VB=1.6/m=1.6/0.4 m/s =3.2 m/s(3分)

      A→B,由动能定理得:FS=mVB2

             所以 F=m =0.4×3.22/(2×0.64) N =3.2N    (3分)

 (2)滑块由C→D的过程中,滑块和小车组成系统在水平方向动量守恒,由于滑块始终紧贴着小车一起运动,在D点时,滑块和小车具有相同的水平速度VDX 。由动量守恒定律得:mVC=(M+m)VDX     VC=VB

所以 VDX=mVC/(M+m)=0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.32m/s    (3分)

(3)滑块一定能再次通过C点。因为滑块到达D点时,将脱离小车相对于小车做竖直上抛运动(相对地面做斜上抛运动)。因题中说明无能量损失,可知滑块在离车后一段时间内,始终处于D点的正上方(因两者在水平方向不受力作用,水平方向分运动为匀速运动,具有相同水平速度), 所以滑块返回时必重新落在小车的D点上,然后再沿圆孤下滑,最后由C点离开小车,做平抛运动落到地面上。

以滑块、小车为系统,以滑块滑上C点为初态,滑块第二次滑到C点时为末态,此过程中系统水平方向动量守恒,系统机械能守恒得:

    mVC=mVC‘+MV               (2分)         

mVC2=mVC’2+MV2                    (2分)

上式中VC‘、V分别为滑块返回C点时,滑块与小车的速度,

     V=0.64m/s            VC’= -2.56m/s  (负号表示与V反向 ) (2分)

(4) 由机械能守恒定律,滑快由C到D,对系统有:

mVC2=mgR+ M VDX2+m(VDX2+ VDY2  )(2分)

所以 (1分)

滑块离D到返回D这一过程中,小车做匀速直线运动,前进距离为:

S=VDX2VDY/g

=0.32×2×1.1/10 m =0.07m       (2分)(其它正确解法相应给分)

【解析】略

 

练习册系列答案
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(选修3-5)
(1)核能是一种高效的能源.
①在核电站中,为了防止放射性物质泄漏,核反应堆有三道防护屏障:燃料包壳,压力壳和安全壳(见图甲).结合图乙可知,安全壳应当选用的材料是
混凝土
混凝土
.

②图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章,通过照相底片被射线感光的区域,可以判断工作人员受到何种辐射.当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光,而铅片下的照相底片未被感光时,结合图2分析工作人员受到了
β
β
射线的辐射;当所有照相底片被感光时,工作人员受到了
γ
γ
射线的辐射.
(2)下列说法正确的是
A.卢瑟福的a粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
B.受普朗克量子论的启发,爱因斯坦在对光电效应的研究中,提出了光子说
C.核反应方程
 
238
92
U→
 
234
90
Th+
 
4
2
He属于裂变
D.宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动性
E.根据爱因斯坦质能方程,物体具有的能量和它的质量之间存在着正比关系
F.β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
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H.升高放射性物质的温度,可缩短其半衰期
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J.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应
(3)如图所示,质量为M=2kg的足够长的小平板车静止在光滑水平面上,车的一端静止着质量为MA=2kg的物体A(可视为质点).一个质量为m=20g的子弹以500m/s的水平速度迅即射穿A后,速度变为100m/s,最后物体A静止在车上.若物体A与小车间的动摩擦因数μ=0.5.(g取10m/s2)
①平板车最后的速度是多大?
②全过程损失的机械能为多少?
③A在平板车上滑行的距离为多少?

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