题目内容
如图,半径R=0.8m的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置,圆弧最低点D与长为L=6m的水平面相切于D点,质量M=1.0kg的小滑块A从圆弧顶点C由静止释放,到达最低点后,与D点右侧m=0.5kg的静止物块B相碰,碰后A的速度变为vA=2.0m/s,仍向右运动。已知两物块与水平面的动摩擦因素均为μ=0.1,若B与E处的竖直挡板相碰没有机械能损失,取g=10m/s2,求:
(1)滑块A刚到达圆弧的最低点D时对圆弧的压力
(2)滑块B被碰后瞬间的速度
(3)讨论两滑块是否能发生第二次碰撞
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(1)设小滑块运动到D点的速度为 v,由机械能守恒定律有:
MgR=
Mv2 ① (2分)
由牛顿第二定律有
F - Mg=M
② (2分)
联立①②解得小滑块在D点所受支持力F=30 N ③ (1分)
由牛顿第三定律有,小滑块在D点时对圆弧的压力为30N ④ (1分)
(2) 设B滑块被碰后的速度为vB,由动量守恒定律:
M v=MvA+m vB ⑤ (3分)
解得小滑块在D点右侧碰后的速度
vB= 4 m/s ⑥ (1分)
(3) 讨论:由于B物块的速度较大,如果它们能再次相碰一定发生在B从竖直挡板弹回后,假设两物块能运动到最后停止,达到最大的路程,则
对于A物块
⑦ (2分)
解得 SA=2 m ⑧ (1分)
对于B物块,由于B与竖直挡板的碰撞无机械能损失,则
⑨ (2分)
解得 SB=8 m ⑩(即从E点返回2 m) (1分)
由于SA+ SB=10 m<2×6=12 m 故它们停止运动时仍相距2 m,不能发生第二次碰撞.(2分)
(其它讨论方式若正确,可参照给分)