题目内容
【题目】如图所示,BC为一段光滑圆弧轨道,圆心角
,DE为半圆形光滑轨道,两圆弧轨道均固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑的地面上,右端紧靠C点,上表面所在平面与两圆弧分别相切于C、D两点,一物块(可看成质点)在A点水平抛出,物体抛出后恰好在B点沿切线进入BC段圆弧轨道,再经C点滑上滑板,滑板运动到D点时被牢固粘连。物块可视为质点,质量为m,滑板质量M=2m,DE半圆弧轨道和BC圆弧轨道的半径均为R,AB的高度差为3R,板长S=6.5R,板左端到D点的距离L(未知),物块与滑板间的动摩擦因数
,重力加速度取g,求:(结果用字母m、g、R、L表示)
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(1)求物块在A点抛出的初速度大小
(2)求物块滑到C点时所受圆弧轨道的支持力的大小
(3)若物块刚好滑到DE半圆形光滑轨道中点,求L的大小
(4)试讨论在0<L<5R范围内取值,物块从滑上滑板到离开滑板的过程中,克服摩擦力做的功Wf与L的关系。
【答案】(1)
(2)10mg(3)L=0.5R(4)①当0<L<2R,
;当2R≤L<5R, ![]()
【解析】(1)设物块在A点的初速度为V1,从A到B有
Vy=gt ![]()
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设物块滑动C点的速度为V2, A到C根据机械能守恒定律有:
解得![]()
根据牛顿第二定律得
解得![]()
物块从C滑上滑板后开始做匀减速运动,此时滑板开始做匀加速直线运动,当物块与滑板达到共同速度V3时,二者开始做匀速运动。规定V2的方向为正方向,根据动量守恒定律得,mv2=(m+M)V3)解得![]()
对物块根据动能定理有: ![]()
对滑板根据动能定理有: ![]()
解得
,
,物块相对滑板的位移
<6.5R即物块与滑板达到相同速度时,物块未离开滑板,物块滑至D点时速度为VD则
>V3即两者还未达到共速,板的左端与D点粘连。
则
L=0.5R)
对物块根据动能定理有:
对滑板根据动能定理有:
解得
,
,物块相对滑板的位移
即物块与滑板达到相同速度时,物块未离开滑板,
讨论:①当0<L<2R,物块在滑板上一直匀减速运动至D,运动的位移为6.5R+L,克服摩擦力做功![]()
②当2R≤L<5R,物块先匀减速运动8R,然后匀速运动L-2R,再匀减速运动0.5R,克服摩擦力做功![]()