问题 问答题

如图所示,光滑的圆弧轨道AB、EF,半径AO、O′F均为R且水平.质量为m、长度也为R的小车静止在光滑水平面CD上,小车上表面与轨道AB、EF的末端B、E相切.一质量为m的物体(可视为质点)从轨道AB的A点由静止下滑,由末端B滑上小车,小车立即向右运动.当小车右端与壁DE刚接触时,物体m恰好滑动到小车右端且相对于小车静止,同时小车与壁DE相碰后立即停止运动但不粘连,物体继续运动滑上圆弧轨道EF,以后又滑下来冲上小车.求:

(1)水平面CD的长度和物体m滑上轨道EF的最高点相对于E点的高度h;

(2)当物体再从轨道EF滑下并滑上小车后,小车立即向左运动.如果小车与壁BC相碰后速度也立即变为零,最后物体m停在小车上的Q点,则Q点距小车右端多远?

答案

(1)设物体从A滑至B点时速度为v0,根据机械能守恒有:mgR=

1
2
mv20

由已知,m与小车相互作用过程中,系统动量守恒

mv0=2mv1                                                             

设二者之间摩擦力为f,

以物体为研究对象:-f•sCD=

1
2
m
v21
-
1
2
m
v20

以车为研究对象:f(sCD-R)=

1
2
m
v21

解得:sCD=

3
2
R

车与ED相碰后,m以速度v1冲上EF

1
2
mv21
=mgh

解得:h=

R
4

(2)由第(1)问可求得  f=

1
2
mgv1=
gR
2

由能量守恒:mgR>fR+fx

mgR>

1
2
mgR+
1
2
mgx

解得  x<R       所以物体不能再滑上AB                                 

即在车与BC相碰之前,车与物体会达到相对静止,设它们再次达到共同速度为v2

则有:mv1=2mv2                                                       

相对静止前,物体相对车滑行距离s1

fs1=

1
2
m
v21
-
1
2
×2m
v22

s1=

1
4
R

车停止后,物体将做匀减速运动,相对车滑行距离s2

a=

f
m

2as2=v22                                                              

s2=

1
8
R

物体最后距车右端:

s=s1+s2=

3
8
R

答:(1)水平面CD的长度和物体m滑上轨道EF的最高点相对于E点的高度h为

R
4

(2)Q点距小车右端的距离为

3
8
R

单项选择题 A1/A2型题
填空题