问题 计算题

如图9所示,小球A系在细线的一端,线的另一端固定在O点,O点到水平面的距离为h.物块B质量是小球的5倍,置于粗糙的水平面上且位于O点的正下方,物块与水平面间的动摩擦因数为μ. 现拉动小球使线水平伸直,小球由静止开始释放,运动到最低点时与物块发生正碰(碰撞时间极短),反弹后上升至最高点时与水平面的距离为h/16. 小球与物块均视为质点,不计空气阻力,重力加速度为g,试求物块在水平面上滑行的时间t.

答案

本题考查机械能守恒定律的应用,动量定理的应用,当系统只有重力做功,或其他力做功为零的情况下系统机械能守恒,首先要规定零势能面,找到初末位置,列式求解

设小球的质量为m,运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为υ1,取小球运动到最低点重力势能为零.根据机械能守恒定律,

有mgh=mυ12,                                           ①(2分)

得υ1=

设碰撞后小球反弹的速度大小为υ1′,同理有

mgmυ1′2,                              ②(2分)

得υ1′=

设碰撞后物块的速度大小为υ2,取水平向右为正方向.根据动量守恒定律,

有mυ1=- mυ1′+5mυ2,                       ③(2分)

得υ2= .                              ④(2分)

物块在水平面上滑行所受摩擦力的大小

F=5μmg.                                  ⑤(1分)

设物块在水平面上滑行的时间为t,根据动量定理,有

-Ft=0 -5 mυ2,                              ⑥(2分)

得t=.(1分)

单项选择题
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