问题 问答题

如图所示,光滑斜面倾角为30°,水平面粗糙,现将A、B两球(可视为质点)同时由静止释放,A、B两球初始位置距斜面底端O的距离分别为LA=10m、LB=40m.不考虑两球在转折O处的能量损失.重力加速度g取10m/s2则:

(1)A、B两球滑上水平面的时间差是多少?

(2)若A、B两小球与水平面间的动摩擦因数分别为μA=0.1、μB=0.5,

当B球滑上水平面后能否追上A球?若能,所用的时间是多少?若不能,A、B两小球在水平面上运动时的最短距离是多少?

答案

(1)根据牛顿第二定律得,小球在斜面上下滑的加速度为:

a=

mgsin30°
m
=gsin30°=5m/s2

根据LA=

1
2
atA2得:tA=
2LA
a
=
2×10
5
s=2s

根据LB=

1
2
atB2得:tB=
2LB
a
=
2×40
5
s=4s

则有:△tAB=tB-tA=4-2=2s,

A、B两球滑上水平面的时间差是2s.

(2)滑上水平面A的速度为:vA=atA=5×2=10m/s,加速度大小aA=μAg=0.1×10=1m/s2

B的速度vB=atB=5×4=20m/s,加速度大小aB=μBg=0.5×10m/s2=5m/s2

设B滑入水平面t后与A的速度相等,

此时A在水平面上运动的时间为t+2,

则20-5t=10-(t-2)

解得t=3s,

A在t=5s时水平面上运行的位移xA=vA×5-

1
2
μA52=10×5-
1
2
×1×25=37.5m,

B在t=3s内在水平面上运动的位移xB=vBt-

1
2
μBgt2=20×3-
1
2
×5×9=37.5m.

由于xA=xB,所以当B球滑上水平面后恰能追上A球,所用时间为t=3s

答:(1)A、B两球滑上水平面的时间差是2s;

(2)当B球滑上水平面后能追上A球,所用的时间是3s.

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