题目内容

如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的平板车,车上表面右侧为一段l=1.0m的水平轨道,水平轨道左侧连接一半径R=0.25m的光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O‘点相切,车右端固定一个尺寸可以忽略,处于锁定的压缩弹簧,一质量m=1.0kg的小物块紧靠弹簧,小物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ=0.5,整个装置处于静止状态,现将弹簧解除锁定,小物块被弹出后,恰能到达圆弧轨道的最高点A,g取10m/s2.

求:(1)解除锁定前弹簧的弹性势能Ek

(2)小物块第二次经过O‘点时对地速度的大小;

(3)最终小物块与车相对静止时距O‘点的距离。

解:(1)平板小车与小物块组成系统在水平方向上动量守恒,故当小物块到最高点A时,二者有共同速度V=0①

设弹簧解除锁定之前储存弹性势能为E,依上述过程系统能量守恒有:

②

(2)设小物块第二次经过O′时速度为V­m,此时平板小车速度为VM,研究小物块从圆弧上滑下的过程,由动量守恒机械能守恒有:

 ③

④

联立③④得:⑤

(3)依动量守恒可知,当小物块与平板车相对静止时,二者共同速度也为零,设全过程小物块在平板车上滑行的总路程为S,依能量转化与守恒有:

 ⑥

由②⑤得:S=1.5m⑦

最终小物块相对小车静止时距O′点距离为△s,则△s=s-t=0.5m

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