题目内容

【题目】某工地某一传输工件的装置可简化为如图所示的情形,AB为一段圆弧的曲线轨道,BC为一段足够长的水平轨道,两段轨道均光滑。一长为L=2m、质量为M=1kg的平板小车最初停在BC轨道的最左端,小车上表面刚好与AB轨道相切。一可视为质点、质量为m=2kg的工件从距AB轨道最低点h高处沿轨道自由滑下,滑上小车后带动小车也向右运动,工件与小车的动摩擦因数为,取:

(1)若h=2.8m,求工件滑到圆弧底端B点时对轨道的压力;

(2)要使工件不从平板小车上滑出,求h的取值范围.

【答案】(1)60N,方向竖直向下;(2)高度小于或等于3m.

【解析】试题分析:(1)工件在光滑圆弧上下滑的过程,运用机械能守恒定律或动能定理求出工件滑到圆弧底端B点时的速度.在B点,由合力提供向心力,由牛顿第二定律求出轨道对工件的支持力,由牛顿第三定律得到工件对轨道的压力.(2)要使工件不从平板小车上滑出,则工件到达小车最右端恰好与小车共速,此时为最大高度,根据动量守恒定律、能量守恒定律求出滑上小车的初速度大小,根据机械能守恒求出下滑的最大高度.

(1)工件从起点滑到圆弧轨道底端B点,设到B点时的速度为

根据机械能守恒定律:

工件做圆周运动,在B点,由牛顿第二定律得:

联立得:N=60N

由牛顿第三定律知,工件滑到圆弧底端B点时对轨道的压力为,方向竖直向下.

(2)要使工件不从平板小车上滑出,则工件到达小车最右端恰好与小车共速,此时为最大高度,设共同速度为,工件滑上小车的初速度为

由动量守恒定律得:

由能量守恒定律得:

对于工件从AB轨道滑下的过程,由机械能守恒定律得:

代入数据解得:

要使工件不从平板小车上滑出,h的范围为

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