题目内容

【题目】如图所示,小车质量为,小车顶端为半径为的四分之一光滑圆弧,质量为的小球从圆弧顶端由静止释放,对此运动过程的分析,下列说法中正确的是(g为当地重力加速度)( )

A. 若地面粗糙且小车能够静止不动,则地面对小车的静摩擦力最大为

B. 若地面粗糙且小车能够静止不动,则地面对小车的静摩擦力最大为

C. 若地面光滑,当小球滑到圆弧最低点时,小车速度为

D. 若地面光滑,当小球滑到圆弧最低点时,小车速度为

【答案】C

【解析】试题分析:若地面粗糙且小车能够静止不动,因为小球只有重力做功,故小球机械能守恒,由机械能守恒可求得小球任一位置时的速度,由向心力公式可求得小球受到的支持力;对小车受力分析可求得静摩擦力的最大值.若地面光滑,小球下滑的过程中,小车向左运动,系统的水平动量守恒,系统的机械能也守恒,由此列式,可求得小球滑到圆弧最低点时小车的速度.

设圆弧半径为R,当小球运动到重力与半径夹角为时,速度为v.根据机械能守恒定律有: ,由牛顿第二定律有,解得小球对小车的压力为,其水平分量为,根据平衡条件,地面对小车的静摩擦力水平向右,大小为,可以看出:当,即时,地面对车的静摩擦力最大,其值为,故AB错误;若地面光滑,当小球滑到圆弧最低点时,小车的速度设为,小球的速度设为v.小球与小车组成的系统在水平方向动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得,系统的机械能守恒,则得,解得,故C正确,D错误.

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