题目内容
5.(1)若小车固定,滑块运动过程中对小车的最大压力多大?
(2)若小车不固定,滑块仍从A点由静止下滑,然后滑入BC轨道,最后从C点滑出小车,则滑块运动过程中,小车的最大速度大小是多少?
(3)在第(2)题中,滑块从B到C运动过程中,小车的位移大小是多少?
分析 (1)滑块运动B点时对小车的压力最大,由动能定理可以求出滑块到达B点的速度,在B点,应用牛顿第二定律可以求出轨道对滑块的支持力,再由牛顿第三定律求得压力.
(2)滑块在圆弧上下滑的过程中,小车做加速运动,滑块运动到B点后小车开始做减速运动,所以当滑块刚滑到B点时小车的速度最大,由系统水平方向动量守恒和机械能守恒结合求解小车的最大速度.
(3)滑块从B到C运动过程中,对小车和滑块分别运用动能定理列式,运用动量守恒定律列式,可求得小车的位移大小.
解答 解:(1)当滑块到达B时的速度最大,受到的支持力最大,滑块对小车的压力最大;
滑块沿圆弧下滑的过程,由机械能守恒得:
mgR=$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$
滑块在B点时,由轨道的支持力与重力的合力提供向心力,得:
N-mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$
解得:N=3mg
由牛顿第三定律得:滑块对小车的压力:N′=N=3mg=3×1×10N=30N
即滑块运动过程中对小车的最大压力是30N.
(2)当滑块刚滑到B点时小车的速度最大,设为v1,此时小车的速度为vm.
取水平向右为正方向,由系统水平方向动量守恒得
0=mv1+Mvm.
由系统的机械能守恒得:
mgR=$\frac{1}{2}$mv12+$\frac{1}{2}$Mvm2.
解得:v1=6m/s,vm=2m/s
所以小车的最大速度大小是2m/s.
(3)设滑块刚滑到C点时滑块和小车的速度分别为v2和v3.
整个过程中,系统水平方向动量守恒,则得 0=mv2+Mv3.
由系统的能量守恒得:
mgR=$\frac{1}{2}$mv12+$\frac{1}{2}$Mv32+μmgL
设滑块从B到C运动过程中,小车的位移大小是x,对小车,根据动能定理得
-μmgx=$\frac{1}{2}$Mv32-$\frac{1}{2}$Mvm2.
联立解得 v2=-3$\sqrt{3}$m/s,v3=$\sqrt{3}$m/s,x=0.5m
答:
(1)若小车固定,滑块运动过程中对小车的最大压力是30N.
(2)滑块运动过程中,小车的最大速度大小是2m/s.
(3)滑块从B到C运动过程中,小车的位移大小是0.5m.
点评 本题主要考查系统水平方向动量守恒和能量守恒的问题,要正确分析能量的转化情况,注意滑块在圆弧上下滑的过程,系统水平方向运量守恒,但总动量并不守恒.
| A. | A的质量为2m | |
| B. | A获得的最大速度为2g$\sqrt{\frac{m}{5k}}$ | |
| C. | 释放A瞬间,B的加速度最大 | |
| D. | 从释放A到C刚离开地面的过程中,弹簧的弹性势能现减小后增大 |
| A. | 法拉第发现了电磁感应现象 | B. | 赫兹建立了电磁场理论 | ||
| C. | 安培发现了电流的磁效应 | D. | 麦克斯韦验证了电磁波的存在 |
| A. | 其轨道平面不一定与赤道平面重合 | |
| B. | 它的运行速度小于7.9km/s | |
| C. | 它可以绕过北京的正上方,所以我国能利用其进行电视转播 | |
| D. | 已知其质量是1.24吨,若将其质量增加为2.84吨,则同步轨道半径变为原来的2倍 |
| A. | 甲车先做匀减速直线运动,后做匀速直线运动 | |
| B. | 乙车在0-10s内的平均速度大于0.8m/s | |
| C. | 在0-10s内,甲、乙两车相遇两次,且相遇时速度可能相等 | |
| D. | 若乙车做匀变速直线运动,则图线上P所对应的瞬时速度大小一定大于0.8m/s |