如图所示,水平光滑地面上放一质量M=3kg的小车,左侧靠在竖直墙上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,最低点B与粗糙的

如图所示,水平光滑地面上放一质量M=3kg的小车,左侧靠在竖直墙上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,最低点B与粗糙的水平轨道BC相切.质量m=l kg的小滑块从A点正上方距BC竖直高度h=1.8m处无初速下落,滑过圆弧轨道后沿水平方向在小车上滑动.当小车与滑块达到共同速度后,小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,之后滑块从小车上掉下做自由落体运动,已知滑块与BC间的动摩擦因数μ=0.3,g=10m/S2,不计空气阻力,求:
(1)滑块到达小车上B点时的速度大小;
(2)滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间;
(3)BC的长度.
红唇中的玫瑰 1年前 已收到1个回答 举报

254630690 幼苗

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解题思路:(1)由机械能守恒即可计算出物块到达圆弧轨道最低点B时的速度大小;(2)由水平方向的动量守恒定律即可求出小车的最终速度;(3)将小车和物块看为整个系统,对其进行分析,全过程墙壁对小车的冲量即可求得.

解(1)设物块到达B点的速度为vB,有:mgh=
1
2m
v21
解得:v1=
2gh=
2×10×1.8m/s=6m/s
(2)以物块及小车系统为研究对象,向右的方向为正方向,根据动量守恒得:mv1=(M+m)v2
解得:v2=
mv1
M+m=
1×6
3+1m/s=1.5m/s
设滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间t,则:-μmg•t=mv2-mv1
t=
v1−v2
μg=
6−1.5
0.3×10s=1.5s
(3)当小车与滑块达到共同速度时,滑块的位移:x1=
v1+v2
2•t=
6+1.5
2×1.5m=5.625m
小车的位移:x2=
v2
2•t=
1.5
2×1.5m=1.125m
小车与右侧的竖直墙壁发生碰撞,小车立即原速率反弹,滑块则在小车上向右做减速运动,由于滑块从小车上掉下做自由落体运动,所以滑块的末速度是0,
该过程中小车与滑块组成的系统动量守恒,设小车的末速度是v 3,向右的方向为正方向,得:
-Mv2+mv2=Mv3+m×0
得:v3=
−Mv2+mv2
M=
−3×1.5+1×1.5
3m/s=−1m/s
该过程对应的时间:-μmgt′=0-mv2
得:t′=
v2−0
μg=
1.5
0.3×10s=0.5s
该时间内,滑块的位移:x3=
v2+0
2×t′=
1.5
2×0.5m=0.375m
小车的位移:x4=
(−v2)+v3
2•t′=
−1.5−1
2×0.5m=−0.625m
整个的过程中小车与滑块的相对位移:△x=x1-x2+x3-x4=5.625-1.125+0.375-(-0.625)=5.5m
整个的过程中小车与滑块的相对位移即小车的BC段的长度.
答:(1)滑块到达小车上B点时的速度大小是6m/s;
(2)滑块自B点开始到与小车速度相同时所用时间是1.5s;
(3)BC的长度是5.5m.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题的难度适中,融合了动量守恒、动量定理的内容,掌握了这些知识点,类似题目即可迎刃而解.

1年前

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