题目内容

如图所示,在粗糙水平台阶上静止放置一质量m=0.5kg的小物块,它与水平台阶表面的动摩擦因数μ=0.5,且与台阶边缘O点的距离s=5m.在台阶右侧固定了一个1/4圆弧挡板,圆弧半径R=1m,圆弧的圆心也在O点。今以O点为原点建立平面直角坐标系.现用F=5N的水平恒力拉动小物块,一段时间后撤去拉力,小物块最终水平抛出并击中挡板.(g取10m/s2

(1)若小物块恰能击中档板上的P点(OP与水平方向夹角为37°,已知),则其离开O点时的速度大小;

(2)为使小物块击中档板,求拉力F作用的最短时间;

(3)改变拉力F的作用时间,使小物块击中挡板的不同位置.求击中挡板时小物块动能的最小值.

解:(1)小物块从O到P,做平抛运动

水平方向:               (2分)

竖直方向:              (2分)

解得:      (1分)

(2)为使小物块击中档板,小物块必须能运动到O点,

由动能定理得:     (1分)

解得:                         (1分)

由牛顿第二定律得:       (2分)

解得:                       (1分)

由运动学公式得:               (2分)

解得:                            (1分)

(3)设小物块击中挡板的任意点坐标为(x,y),则

                                 (1分)

                               (1分)

由机械能守恒得:       (1分)

                           (1分)

化简得:               (1分)

由数学方法求得             (1分)

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