题目内容

12.在一次探究活动中,某同学设计了如图所示的实验装置,将半径R=1m的光滑半圆弧轨道固定在质量M=0.5kg、长L=4m的小车的上表面中点位置,半圆弧轨道下端与小车的上表面水平相切,现让位于轨道最低点的质量m=0.1kg的光滑小球随同小车一起沿光滑水平面向右做匀速直线运动,某时刻小车碰到障碍物而瞬时处于静止状态(小车不反弹),之后小球离开圆弧轨道最高点并恰好落在小车的左端边沿处,该同学通过这次实验得到了如下结论,其中正确的是(g取10m/s2)(  )
A.小球到达最高点的速度为$\sqrt{10}$m/s
B.小车与障碍物碰撞时损失的机械能为12.5 J
C.小车静止前、后,小球在轨道最低点对轨道的压力差为8N
D.小车向右做匀速直线运动的速度约为6.5 m/s

分析 小球从圆弧最高点做平抛运动,由竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速运动,即可求得抛出速度,由动能定理即可求得小车和小球的初速度,根据能量守恒判断出小车损失机械能

解答 解:A、从最高点做平抛运动,下落时间为:
t=$\sqrt{\frac{4R}{g}}=\sqrt{\frac{4×1}{10}}=\frac{\sqrt{10}}{5}s$
抛出时的速度为:v=$\frac{\frac{L}{2}}{t}=\frac{\frac{4}{2}}{\frac{\sqrt{10}}{5}}m/s=\sqrt{10}m/s$,故A正确;
B、小球在上滑过程中由动能定理可知:$-mg•2R=\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}{mv}_{0}^{2}$
代入数据解得:${v}_{0}=5\sqrt{2}m/s$,故小车和小球向右运动的速度为$5\sqrt{2}m/s$
故小车损失机械能为:$△E=\frac{1}{2}{Mv}_{0}^{2}=\frac{1}{2}×0.5×(5\sqrt{2})^{2}J=12.5J$,故B正确,D错误;
C、碰撞前小球静止,故此时小球对轨道的压力为:FN1=mg=1N,
碰撞后由牛顿第二定律得:${F}_{N2}-mg=m\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$,
代入数据解得:FN2=6N,由牛顿第三定律可知对轨道的压力为6N,故C错误;
故选:AB

点评 本题是一道力学综合题,是多研究对象多过程问题,物体运动过程复杂,分析清楚运动过程是正确解题的前提与关键,分析清楚运动过程后,应用相关规律即可正确解题.

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