问题 计算题

(14分)如图所示,AB为半径R="0.8" m的1/4光滑圆弧轨道,下端B恰与平板小车右端平滑对接。小车质量M="3" kg,车长L="2.06" m .现有一质量m="1" kg的小滑块,由轨道顶端无初速释放,滑到B端后冲上小车。已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运行了1.5 s时,车被地面装置锁定。(g="10" m/s2)试求:

(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;

(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;

(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与平板车构成的系统损失的机械能。

答案

(1)30 N

(2)1 m

(3)6J

(1)由机械能守恒,得mgR=mv2      ……………………………… 2分

由牛顿第二定律和向心加速度公式,得N-mg=m   …………………………2分

联立两式,代入数值得轨道对滑块的支持力:N=3mg=30 N  ………………… 1分

(2)当滑块滑上小车后,由牛顿第二定律,得

对滑块有:-μmg=ma1        ……………………………………………………1分

对小车有:umg=Ma2            ………………………………………………………1分

设经时间t两者达到共同速度,则有:v+a1t=a2解得t="1" s。…………………1分

由于1 s<1.5 s,此时小车还未被锁定,两者有共同速度:v′=a2t="1" m/s………1分

因此,车被锁定时,车右端距轨道B端的距离:S=a2 t2+v1.5-t="1" m………2分

(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块相对小车滑动的距离

ΔS=t-a2t2="2" m………………………………1分

所以系统损失的机械能:△E=μmgΔS="6" J ………………………2分

(或系统损失的机械能:……………………3分)

单项选择题
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