题目内容

3.光滑水平面上,一个长平板与半圆组成如图所示的装置,半圆弧面(直径AB竖直)与平板上表面相切于A点,整个装置质量M=5kg.在装置的右端放一质量为m=1kg的小滑块(可视为质点),小滑块与长平板间的动摩擦因数μ=0.4,装置与小滑块一起以v0=12m/s的速度向左运动.现给装置加一个F=64N向右的水平推力,小滑块与长平板发生相对滑动,当小滑块滑至长平板左端A时,装置速度恰好减速为0,此时撤去外力F并将装置锁定(M速度瞬间变为零).小滑块继续沿半圆形轨道运动,且恰好能通过轨道最高点B.滑块脱离半圆形轨道后又落回长平板.已知小滑块在通过半圆形轨道时克服摩擦力做功Wf=9.5J.g=10m/s2.求:

(1)装置运动的时间和位移大小;
(2)长平板的长度l;
(3)小滑块最后落回长平板上的落点离A的距离.

分析 (1)以装置为研究对象,利用牛顿第二定律和运动学公式求解即可.
(2)以滑块为研究对象,利用牛顿第二定律和运动学公式求解即可.
(3)利用滑块恰好经过最高点利用牛顿第二定律和平抛运动列方程求解.

解答 解:(1)分析M受力,由牛顿第二定律得:
F-μmg=Ma1
代入数据解得:
a1=12m/s2
设装置向左运动到速度为0的时间为t1,则有:
v0-a1t1=0
联立并代入数据解得:
t1=1s
装置向左运动的距离:
x1=v0t1-$\frac{1}{2}$a1${t}_{1}^{2}$=12×1m-0.5×12×1m=6m
(2)对m受力分析,由牛顿第二定律得:
μmg=ma2
代入数据解得:
a2=4m/s2
设滑块运动到A点时的速度为v1,则:
v1=v0-a2t1
联立并代入数据解得:
v1=8m/s
小滑块向左运动的距离为:
x2=v0t1-$\frac{1}{2}$a2${t}_{1}^{2}$=12×1m-0.5×4×1m=10m
则平板长为:l=x2-x1=10m-6m=4m
(3)设滑块在B点的速度为v2,从A至B,由动能定理得:
-mg×2R-Wf=$\frac{1}{2}$m${v}_{2}^{2}$-$\frac{1}{2}$m${v}_{1}^{2}$
在B点有:mg=$m\frac{{v}_{2}^{2}}{R}$
联立解得:
R=0.9m,v2=3m/s
小滑块从B点飞出做平抛运动:
2R=$\frac{1}{2}$g${t}_{2}^{2}$
联立解得:t2=0.6s
落点离A的距离为:x=v2t2=3×0.6m=1.8m
答:1)装置运动的时间和位移大小6m;
(2)长平板的长度l为4m;
(3)小滑块最后落回长平板上的落点离A的距离1.8m.

点评 弄清问题的运动情况和受力情况是解题的关键,灵活利用牛顿第二定律和运动学公式求解是解题的核心,此题综合性较强.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网