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..