题目内容

如图,半径为R,光滑的圆弧轨道固定在竖直平面内,与水平轨道CN相接.水平轨道的CD段光滑、DN段粗糙.一根轻质弹簧一端固定在C处的竖直面上,另一端与质量为2m的小物块刚好在D点接触但不连接,弹簧处于自然长度.质量为m的小物块从圆弧轨道顶端M点由静止释放并下滑,后与物块碰撞后一起向左压缩弹簧(两物块不粘连).若=l,物块、与轨道DN的动摩擦因数分别为μ1=0.1和μ2=0.2,重力加速度为g.求:

 (1)小物块a第一次经过N点时,轨道对支持力的大小.

 (2)小物块与物块碰撞后瞬间的共同速度大小.

 (3)若、能且只能发生一次碰撞,试讨论与的关系.

 


(1)物块a由M到N过程中,由机械能守恒有:

        ①(1分)

     由牛顿第二定律有: ②   (1分)

联立①②解得:轨道对a支持力F=3mg    (1分)

(2)物块a从N滑至D过程中,由动能定理有:

        ③(1分)

    物块a、b在D点碰撞,根据动量守恒有:

    ④  (1分)

     解得两物块在D点向左运动的速度(1分)

(3)a、b一起压缩弹簧后又返回D点时速度大小⑤   (1分)

由于物块b的加速度大于物块a的加速度,所以经过D后,a、b两物块分离,同

时也与弹簧分离。

 讨论:① 假设a在D点时的速度0,即 l = 10R    

            要使a、b能够发生碰撞,则l < 10R           (1分)

          ② 假设物块a滑上圆弧轨道又返回,最终停在水平轨道上P点,物块b在水平轨道上匀减速滑至P点也恰好停止,设,则,根据能量守恒,

          对a物块      ⑥(1分)ks5u

          对b物块      ⑦(1分)

          由以上两式解得   ⑧(1分)

          将代入 

      解得    ⑨(1分)

          要使a、b只发生一次碰撞,则⑩(1分)

     综上所述,当时,a、b两物块能且只能发生一次碰撞(1分)

说明:⑴没有必要的文字说明,没有设或没有说明依据的定理(公式)全题扣1分。

⑵把μ1=0.1和μ2=0.2或g值取9.8或10代入书写方程(或结果),该方程(结果)为0分. 如 ks5u

⑶把大写R写成小写r,质量m写成M等该方程为0分..

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