题目内容

【题目】如图所示,滑板A放在光滑的水平面上,B滑块可视为质点,A和B的质量都是m=1kg,如图所示,滑板A放在光滑的水平面上,B滑块可视为质点,A和B的质量都是m=1kg,A的左侧面靠在光滑竖直墙上,A上表面的ab段是光滑的半径为R=0.8m的四分之一圆弧,bc段是粗糙的水平面,ab段与bc段相切于b点.已知bc长度为l=2m,滑块B从a点由静止开始下滑,取g=10m/s2.

(1)求滑块B滑到b点时对A的压力大小;

(2)若滑块B与bc段的动摩擦因数为μ且μ值满足0.1≤μ≤0.5,试讨论因μ值的不同,滑块B在滑板A上滑动过程中因摩擦而产生的热量(计算结果可含有μ).

【答案】(1)30N(2)(I)20μJ(II)4J

【解析】

(1)设B下滑到b点时速度为v0,受到的支持力为N,由机械能守恒定律

m=mgR①

由牛顿第二定律

N-mg=m②

联立①②式解得

N=30N

由牛顿第三定律可知,B滑到b点时对A的压力为30N;

(2)设bc段的动摩擦因数为μ1时,B滑到c点时A、B恰好达到共同速度v,由动量守恒定律得

mv0=2mv③

由能量守恒定律得

μ1mgl=-(2m)v2④

联立①③④式并代入数据解得

μ1=0.2

讨论:

(I)当0.1≤μ<0.2时,A、B不能达到同速,B将滑离A,滑板与滑块因摩擦而产生的热量为

Q1=μmgl=20μ J.

(II)当0.2≤μ≤0.5时,A、B能达到同速,滑板与滑块因摩擦而产生的热量为

Q2=-(2m)v2⑤

联立①③⑤式并代入数据解得

Q2=4J。

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