题目内容

如图所示,在倾角θ=30??的斜面上放置一段凹槽B,B与斜面间的动摩擦因数μ=,槽内靠近右侧壁处有一小球A,它到凹槽内左壁侧的距离d=0.10m.A、B的质量都为m=2.0kg,B与斜面间的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力,不计A、B之间的摩擦,斜面足够长.现同时由静止释放A、B,经过一段时间,A与B的侧壁发生碰撞,碰撞过程不损失机械能,碰撞时间极短.取重力加速度g=10m/s2.求:

(1)A与B的左侧壁第一次发生碰撞后瞬间A、B的速度.

(2)在A与B的左侧壁发生第一次碰撞后到第二次碰撞前的这段时间内,A与B的左侧壁的距离最大可达到多少?

(1)第一次发生碰撞后瞬间A、B的速度分别为

0,1.0 m/s(方向沿斜面向下)

(2)A与B的左侧壁的距离最大可达到0.10m


解析:

(1)A在凹槽内,B受到的滑动摩擦力=10N         ①(1分)

     B所受重力沿斜面的分力=10N

因为,所以B受力平衡,释放后B保持静止  ②

释放A后,A做匀加速运动,由牛顿定律和运动学规律得

                                      ③(1分)

                                           ④(1分)

解得A的加速度和碰撞前的速度分别为5m/s2,1.0 m/s           ⑤(2分)

A、B发生碰撞,动量守恒                      ⑥(2分)

碰撞过程不损失机械能,得               ⑦(2分)

    解得第一次发生碰撞后瞬间A、B的速度分别为

0,1.0 m/s(方向沿斜面向下)        ⑧(2分)

 

(2)A、B第一次碰撞后,B做匀速运动

                                            ⑨(1分)

A做匀加速运动,加速度仍为a1

                                          ⑩(1分)

                                             ⑾(1分)

     经过时间t1,A的速度与B相等,A与B的左侧壁距离达到最大,即

                                            ⑿(1分)

                                           ⒀(1分)

     代入数据解得A与B左侧壁的距离

         0.10m                                   ⒁(1分)

     因为, A恰好运动到B的右侧壁,而且速度相等,所以A与B的右侧壁恰好接触但没有发生碰撞。                            ⒂

     因此A与B的左侧壁的距离最大可达到0.10m。(1分)

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