题目内容

精英家教网如图所示放在水平面上的小车上表面水平,AB是半径为R的
14
光滑圆弧轨道,下端B的切线水平且与平板车上表面平齐,车的质量为M.现有一质量为m的小滑块,从轨道上端A处无初速释放,滑到B端后,再滑到平板车上.若车固定不动,小滑块恰不能从车上掉下.(重力加速度为g):
(1)求滑块到达B端之前瞬间所受支持力的大小;
(2)求滑块在车上滑动的过程中,克服摩擦力做的功;
(3)若车不固定,且地面光滑,把滑块从A点正上方的P点无初速释放,P点到A点的高度为h,滑块从A点进入轨道,最后恰停在车的中点.求车的最大速度.
分析:(1)滑块从光滑圆弧轨道过程,只有重力做功,机械能守恒.经过B端时由重力和轨道的支持力的合力提供向心力,根据机械能守恒定律和牛顿第二定律求解轨道的支持力.
(2)滑块在车上滑动的过程中,摩擦力做功,根据能量守恒定律求出系统损失的机械能.
(3)由机械能守恒可求的滑块到B点的速度,对AB系统分析,由动量守恒定律可求解.
解答:解:(1)滑块从光滑圆弧轨道过程,根据机械能守恒定律得:mgR=
1
2
m
v
2
1

滑块经过B端时,由牛顿第二定律得:N-mg=
m
v
2
1
R

联立两式得,轨道对滑块的支持力为:N=3mg
(2)滑块在车上滑动过程中,克服摩擦力做功为:W=mgR
(3)滑块到B点的速度为设v2,有机械能守恒得:mg(h+R)=
1
2
m
v
2
2

滑块最后恰停在车的中点时,滑块与车速度相同,车速最大,设为v3
又系统动量守恒,得:mv2=(m+M)v3
解得:v3=
m
m+M
v2
=
m
m+M
2g(R+h)

答:(1)滑块到达B端之前瞬间所受支持力的大小为3mg;
(2)滑块在车上滑动的过程中,克服摩擦力做的功为mgR;
(3)车的最大速度为
m
m+M
2g(h+R)
.
点评:本题涉及多运动过程,针对不同过程,建立清晰运动情景,应用机械能守恒和动量守恒更简便求解.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网