问题 问答题

如图所示,以A、B和C、D为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内,一滑板静止在光滑水平地面上,左端紧靠B点,上表面所在平面与两半圆分别相切于B、C,一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上E点,运动到A时刚好与传送带速度相同,然后经A沿半圆轨道滑下,再经B滑上滑板,滑板运动到C时被牢固粘连,物块可视为质点,质量为m,滑板质量M=2m,两半圆半径均为R,板长l=6.5R,板右端到C的距离L在R<L<5R范围内取值,E距A为S=5R,物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数均μ=0.5,重力加速度取g.

(1)求物块滑到B点的速度大小;

(2)试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中,克服摩擦力做的功Wf与L的关系,并判断物块能否滑到CD轨道的中点.

答案

(1)设物块运动到A和B点的速度分别为v1、v2

由动能定理得μmgS=

1
2
m
v21
…①

由机械能守恒定律  

1
2
m
v22
=2mgR+
1
2
m
v21
…②

联立①②,得v2=3

gR
…③

(2)设滑板与物块达到共同速度v3时,位移分别为l1、l2

由动量守恒定律mv2=(m+M)v3…

由动能定理  μmgl1=

1
2
M
v23
…⑤

-μmgl2=

1
2
m
v23
-
1
2
m
v22
…⑥

联立③④⑤⑥,得 l1=2R   l2=8R…⑦

物块相对滑板的位移△l=l2-l1 △l<l

即物块与滑板在达到相同共同速度时,物块未离开滑板…⑧

物块滑到滑板右端时

若R<L<2R,Wf=μmg(l+L)…⑨

Wf=

1
4
mg(13R+2L)…⑩

若2R≤L<5R,Wf=μmg(l+l1)…(11)

Wf=

17
4
mgR…(12)

设物块滑到C点的动能为Ek

由动能定理 -Wf=Ek-

1
2
m
v22
…(13)

L最小时,克服摩擦力做功最小,因为L>R,

由③⑩(13)确定Ek小于mgR,则物块不能滑到CD轨道中点.

答:(1)物块滑到B点的速度v2=3

gR

     (2)物块不能滑到CD轨道中点.

单项选择题
判断题