题目内容

19.如图所示,木板B静止于光滑水平面上,物块A停在B的左端.质量为m1=1kg的小球用长为l=0.45m的轻绳悬挂在固定点O上.将轻绳拉直至水平位置后,由静止释放小球,小球在最低点与A发生弹性碰撞后反弹.物块与小球可视为质点,不计空气阻力,已知A、B间的动摩擦因数为0.1,A的质量m2、B质量m3均为5kg.为使A、B达到共同速度前A不滑离木板,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小球刚摆至最低点时的速度v0大小;
(2)碰撞后瞬间小球的速度v1′大小和物块A的速度v2′大小;
(3)木板B至少多长.

分析 (1)对小球下落过程,应用机械能守恒定律求出小球刚摆至最低点时的速度.
(2)小球在最低点与A发生弹性碰撞,由动量守恒定律和机械能守恒定律求得碰撞后瞬间小球和物块A的速度.
(3)A刚好没有滑离B时,A运动到B的右端,且两者的速度相同,由动量守恒定律列方程求二者的共同速度,由功能关系即可求得木板的长度.

解答 解:(1)小球下摆过程机械能守恒,由机械能守恒定律得:
   m1gl=$\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{0}^{2}$…①
解得:v0=3m/s…②
(2)由于小球和物块A发生弹性碰撞,对小球和物块A,取向右为正方向,由动量守恒定律和机械能守恒定律有:
   m1v0=m1v1′+m2v2′…③
  $\frac{1}{2}$m1v02=$\frac{1}{2}$m1v1′2+$\frac{1}{2}$m2v2′2.…④
解得:v1′=-2m/s,v2′=1m/s…⑤
(3)以A、B为研究对象,取向右为正方向,由动量守恒定律:
   m2v2′=(m2+m3)v…⑥
解得:v=0.5m/s…⑦
根据功能关系得:μm2gL=$\frac{1}{2}$m2v2′2-$\frac{1}{2}$(m2+m3)v…⑧
解得:L=0.25m…⑨
答:
(1)小球刚摆至最低点时的速度v0大小是3m/s;
(2)碰撞后瞬间小球的速度v1′大小和物块A的速度v2′大小分别为2m/s和1m/s;
(3)木板B至少长0.25m.

点评 本题要理清小球和物块的运动过程,分段运用机械能守恒定律,动量守恒定律和能量守恒列式求解,也可以根据牛顿第二定律和速度时间公式列式联立求解板长.

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