题目内容

如图所示,为一个原来静止在光滑水平面上的物体,质量为,它带有一个凹形的不光滑轨道,轨道的段是水平的直线,段位于竖起平面内半径为圆弧。恰是圆弧的切线。是另一个可看做质点的小物体,质量为,它与轨道间的动摩擦因数为。物体以沿水平方向的初速度冲上的轨道,已知它恰好能到达轨道顶端点,后又沿轨道滑下,并最终在点停止滑动,然后与一起在水平面上运动。求:

(1)点滑动到点的过程中,系统产生的热量;

(2)经过轨道的哪个位置时(要求用图中的角表示),的速度达到最大?

(1)(2)


解析:

(1)当P到达到c点时.P和M具有共同的水平速度,根据动量守恒定律有

                        ①                          (3分)

点滑到点的过程中,系统损失的机械能转化为内能,根据功能关系有

                                ②                          (3分)

                   由①②两式得                                                                          (3分)

                  

(2)在滑到的过程中,M受力分析示意图如图所示.其中压力偏向右侧,摩擦力偏向左侧。这个过程的前一前段,受到的合力的水平分力向左,则M受到合力的水平分力向右,M将继续加速,当M在水平方向平衡的时刻,就是M速度最大的时刻.此时满足                                                                                                                    (3分)

                                                                                                                           (3分)

(3分),即P所在位置的半径与竖直方向的夹角为(2分)

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