题目内容
如图,平板车B的质量为M,车上有一个质量为m的小滑块A,且M=2m。平板车静止于光滑的水平面上,小车右方水平面上固定着一个竖直挡板,小滑块与车面间的动摩擦因数为μ。现给车施加一个水平向右的瞬间冲量,使车向右运动,同时小滑块相对于小车滑动,当二者达到共同速度v之后一起向前运动,并与挡板发生无机械能损失的碰撞,碰撞时间极短。设平板车足够长,重力加速度为g。求:
(i)给车施加的水平向右的瞬间冲量的大小;
(ii)从地面上看,滑块A向右运动到离出发点最远处时,平板车B与竖直挡板的距离;
(iii)与竖直挡板碰撞以后的整个过程中滑块A相对平板车B滑动的总路程。
解:
(i)设瞬间冲量为I,对AB整体由动量定理得:
I=(M+m)v ①
解得:
I=3mv ②
(ii)当滑块的速度为0时,从地面上看,滑块A向右运动到离出发点最远处。
③
设此时平板车B的速度为
,离开竖直挡板的距离为x,以向左为正方向, 由动量守恒定律得:
M v -mv=M
④
对平板车由动能定理得:
⑤
解得:
⑥
(iii)反弹后直到二者再次达到共同速度设为
,以向左为正方向,由动量守恒定律得:
M v -mv=(M+m)
⑦
设撤去F后的整个过程中滑块A相对平板车B滑动的总路程为s总,对AB整体由能量守恒定律得:
⑧
解得:
⑨
评分标准:本题共10分,其中①2分,②③④⑤⑥⑦⑧⑨各1分。