题目内容
【题目】如图所示,一车上表面由粗糙的水平部分
和光滑的半圆弧轨道
组成,车紧靠台阶静止在光滑水平地面上,且左端与光滑圆弧形轨道
末端等高,圆弧形轨道
末端水平,一质量为
的小物块
从距圆弧形轨道
末端高为
处由静止开始滑下,与静止在车左端的质量为
的小物块
(可视为质点)发生弹性碰撞(碰后立即将小物块
取走,使之不影响
的运动),已知
长为
,车的质量为
,取重力加速度
,不计空气阻力.
(1)求碰撞后瞬间物块
的速度;
(2)若物块
在半圆弧轨道
上经过一次往返运动(运动过程中物块始终不脱离轨道),最终停在车水平部分
的中点,则半圆弧轨道
的半径至少多大?
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【答案】(1)10 m/s,方向水平向右 (2)1.25m
【解析】
(1)设物块
到达圆弧形轨道
末端的速度大小为
,由机械能守恒定律得
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代入数据解得到
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物块
、
碰撞过程动量守恒,机械能守恒,取水平向右为正方向,设碰后瞬间
、
速度分别为
、
,则
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解得
,
(或
,
,不符合题意,舍去)
故碰撞后瞬间物块
的速度大小为10 m/s,方向水平向右
(2)设物块
与车相对静止时,共同速度大小为
,系统在水平方向动量守恒,则
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解得
.
物块
从开始运动到与车相对静止过程中系统的能量守恒,设物块
与
间的动摩擦因数为
,则
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解得
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经分析可知,物块
滑至
点与车共速时,半径
最小,则有
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代人数据解得
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