题目内容

如图所示,竖直平面内有一半 径R = 0.9m、圆心角为60°的光滑圆弧 轨道PM,圆弧轨道最底端M处平滑 连接一长s = 3m的粗糙平台MN,质 量分别为mA=4kg,mB=2kg的物块 A, B静置于M点,它们中间夹有长 度不计的轻质弹簧,弹簧与A连结,与B不相连,用细线拉紧A、B使弹簧处于压缩状态.N端有一小球C,用长为L的轻 绳悬吊,对N点刚好无压力.现烧断细线,A恰好能从P端滑出,B与C碰后总是交换速度.A、B、C均可视为质点,g取10m/s2,问:

(1)A刚滑上圆弧时对轨道的压力为多少?

(2)烧断细线前系统的弹性势能为多少?

(3)若B与C只能碰撞2次,B最终仍停在平台上,整个过程中绳子始终不松弛,求B与 平台间动摩擦因数µ的范围及µ取最小值时对应的绳长L

 

 

 

 

 

 

解:(1)A在上滑过程中机械能守恒,有

             ……2分

     根据牛顿运动定律          ……2分

  由牛顿第三定律得,A对圆弧的压力为80N,方向竖直向下。……1分

(2)由动量、能量守恒得:

               ……2分

              ……2分

        得:           ……1分

(3)因B、C碰后速度交换,B静止,C做圆周运动,绳子不能松弛,一种情况是越过最高点,继续做圆周运动,与B碰撞,B一定离开平台,不符合要求。另一种情况是C做圆周运动不超过圆周,返回后再与B发生碰撞。                ……………………1分

B刚好能与C发生第一次碰撞

      解得    依题意有         ……1分

B与C刚要发生第三次碰撞,则

   解得    依题意有         ……1分

                 

   B与C发生两次碰撞后不能从左侧滑出

               

解得    依题意有                  ……1分

     综上所得                               ……1分

,B与C碰撞后,C的速度最大,要绳不松弛,有:

                ……1分

                                   ……1分

     解得:                           

依题意:                          ……1分

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