10、如图所示,长木板A右边固定着一个挡板,包括挡板在内的总质量为1.5M,静止在光滑的水平地面上.小木块B质量为M,从A的左端开始以初速度v0在A上滑动,滑到右端与挡板发生碰撞,已知碰撞过程时间极短,碰后木块B恰好滑到A的左端就停止滑动.已知B与A间的动摩擦因数为μ,B在A板上单程滑行长度为l.求:

(1)若μl=,在B与挡板碰撞后的运动过程中,摩擦力对木板A做正功还是负功?做多少功?

(2)讨论A和B在整个运动过程中,是否有可能在某一段时间里运动方向是向左的.如果不可能,说明理由;如果可能,求出发生这种情况的条件.

13解:(1)B与A碰撞后,B相对于A向左运动,A所受摩擦力方向向左,A的运动方向向右,故摩擦力做负功.设B与A碰撞后的瞬间A的速度为v1,B的速度为v2, A、B相对静止后的共同速度为v,整个过程中A、B组成的系统动量守恒,有Mv0=(M+1.5M)v,v=.

碰撞后直至相对静止的过程中,系统动量守恒,机械能的减少量等于系统克服摩擦力做的功,即

Mv2+1.5Mv1=2.5Mv,        ①

×1.5Mv12+ Mv22-×2.5Mv2=Mμgl,      ②

可解出v1=v0(另一解v1=v0因小于v而舍去)

这段过程中,A克服摩擦力做功  W=×1.5Mv12-×1.5Mv2=Mv02(0.068Mv02).

(2)A在运动过程中不可能向左运动,因为在B未与A碰撞之前,A受到的摩擦力方向向右,做加速运动,碰撞之后A受到的摩擦力方向向左,做减速运动,直到最后,速度仍向右,因此不可能向左运动.

B在碰撞之后,有可能向左运动,即v2<0.

先计算当v2=0时满足的条件,由①式,得

v1=-,当v2=0时,v1=,代入②式,得×1.5M-×2.5M=Mμgl,

解得μgl=.

B在某段时间内向左运动的条件之一是μl<.

另一方面,整个过程中损失的机械能一定大于或等于系统克服摩擦力做的功,即

Mv02- 2.5M()2≥2Mμgl,      解出另一个条件是 μl≤,

最后得出B在某段时间内向左运动的条件是 <μl≤

9、一轻质弹簧直立在地面上,其劲度系数为,在弹簧的上端与空心物体A连接,物体B置于A内,B的上下表面恰与A接触,如图所示。A和B的质量均为1kg,先将A向上抬高使弹簧伸长5cm后从静止释放,A和B一起做上下方向的简谐运动,已知弹簧的弹性势能决定于弹簧形变大小(g取,阻力不计)求:

(1)物体A的振幅

(2)物体B的最大速率

(3)在最高点和最低点A对B的作用力

解:(1)振子在平衡位置时,所受合力为零,设此时弹簧被压缩△x。

                          ①

                       ②

开始释放时振子处在最大位移处,故振幅A为:A=5cm+5cm=10cm     ③

(2)由于开始时弹簧的伸长量恰等于振子在平衡位置时弹簧的压缩量,故弹性势能相等,设振子的最大速率为v,从开始到平衡位置,根据机械能守恒定律:

                            ④

                          ⑤

即B的量大速率为1.4m/s

(3)在最高点,振子受到的重力和弹力方向相同,根据牛顿第二定律:

                      ⑥

A对B的作用力方向向下,其大小为:

                         ⑦

在最低点,振子受到的重力和弹力方向相反,根据牛顿第二定律:

                   ⑧

A对B的作用力方向向上,其大小为 :              

                 ⑨

8、如图所示,光滑轨道上,小车A、B用轻弹簧连接,将弹簧压缩后用细绳系在A、B上.然后使A、B以速度v0沿轨道向右运动,运动中细绳突然断开,当弹簧第一次恢复到自然长度时,A的速度刚好为0,已知A、B的质量分别为mA、mB,且mA<mB.

  求:(1)被压缩的弹簧具的有弹性势能EP

  (2)试定量分析、讨论在以后的运动过程中,小车B有无速度为0的时刻?

解:(1)设弹簧第一次恢复自然长度时B的速度为 vB

      以A、B弹簧为系统动量守恒

      (mA+mB)vo=mB • vo    (1)                  

      机械能守恒:

      (mA+mB)vo+Ep=mB • vB2    (2)            

      由(1)、(2)解出

         (3)                

  (2)设以后运动过程中B的速度为0时,A的速度为vA此时弹簧的弹性势能为Ep’用动

    量守恒

    (mA+mB)vo=mB • vo     (4)                  

    机械能守恒

    (mA+mB)vo+Ep=m4vA2 + Ep’      (5)           

    由(4)、(5)解出

       (6)

    ∵mA<mB

    ∴Ep’<0                          

    弹性势能小于0是不可能的,所以B的速度没有等于0的时刻

5、质量为M=4.0kg的平板小车静止在光滑的水平面上,如图所示,当t=0时,两个质量分别为mA=2kg、mB=1kg的小物体A、B都以大小为v0=7m/s。方向相反的水平速度,同时从小车板面上的左右两端相向滑动。到它们在小车上停止滑动时,没有相碰,A、B与车间的动摩擦因素μ=0.2,取g=10m/s2,求:

(1)A在车上刚停止滑动时,A和车的速度大小

(2)A、B在车上都停止滑动时车的速度及此时车运动了多长时间。

(3)在给出的坐标系中画出小车运动的速度--时间图象。

5解:(1)当A和B在车上都滑行时,在水平方向它们的受力分析如图所示:

 

由受力图可知,A向右减速,B向左减速,小车向右加速,所以首先是A物块速度减小到与小车速度相等。设A减速到与小车速度大小相等时,所用时间为t1,其速度大小为v1,则:

v1=v0-aAt1      μmAg=mAaB                    ①

v1=a车t1      μmAg-μmBg=Ma车                            ②

由①②联立得:v1=1.4m/s   t1=2.8s                                    ③

(2)根据动量守恒定律有:

mAv0-mBv0=(M+mA+mB)v                                         ④

v=1m/s                                                   ⑤

总动量向右, 当A与小车速度相同时,A与车之间将不会相对滑动了。

设再经过t2时间小物体A与B、车速度相同,则:

-v=v1-aBt2     μmBg=mAaB  ⑥

由⑥⑦式得:t2=1.2s    ⑦

所以A、B在车上都停止滑动时,车的运动时间为t=t1+t2=4.0s      ⑧ (3)由(1)可知t1=2.8s时,小车的速度为v1=1.4m/s,在0~t1时间内小车做匀加速运动。在t1~t2时间内小车做匀减速运动,末速度为v=1.0m/s,小车的速度-时间图如图所示

 0  302878  302886  302892  302896  302902  302904  302908  302914  302916  302922  302928  302932  302934  302938  302944  302946  302952  302956  302958  302962  302964  302968  302970  302972  302973  302974  302976  302977  302978  302980  302982  302986  302988  302992  302994  302998  303004  303006  303012  303016  303018  303022  303028  303034  303036  303042  303046  303048  303054  303058  303064  303072  447090 

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