问题 计算题

(18分)如图(甲)示,光滑曲面MP与光滑水平面PN平滑连接,N端紧靠速度恒定的传送装置,PN与它上表面在同一水平面.小球A在MP上某点静止释放,与静置于PN上的工件B碰撞后,B在传送带上运动的v-t图象如图(乙)且t0已知,最后落在地面上的E点.已知重力加速度为g,传送装置上表面距地面高度为H.

(1)求B与传送带之间的动摩擦因数μ;

(2)求E点离传送装置右端的水平距离L;

(3)若A、B发生的是弹性碰撞且B的质量是A的2倍,要使B始终落在E点,试判断A静止释放点离PN的高度h的取值范围.

答案

见题目分析

题目分析:

(1)由v-t图象知,在t0时间内,B的加速度大小①(1分)

B所受滑动摩擦力大小  f="2" μmg            ②(1分)

又由牛顿第二定律可知B所受合力大小    f=2ma ③(1分)

解得 :    ④(1分)

(2)由v-t图象知,小球在传送带上最后的运动阶段为匀速运动,即与传送装置已达到共同速度,它从传送装置抛出的速度vB1=, 由平抛物体运动规律:

  ⑤(1分)

 ⑥(1分)

由①②,代入vB1=,得:    ⑦(1分)

(3)若使B始终落到地面上E点,也必须是以相同速度离开传送装置;设B离开传送带时的速度为,即有 ⑧(1分)

由图象可求出B在传送带上运动时的对地位移始终为⑨(1分)

设A的质量为m,碰前速度为v,碰后速度vA;B质量为2m,碰后速度vB.

A下滑过程机械能守恒(或动能定理)  mgh=      ⑩(1分)

A、B碰撞过程,由A、B系统动量守恒   mv = mvA+2mvB ⑪(1分)

A、B系统机械能守恒           ⑫(1分)

联立⑩⑪⑫可解得⑬(1分)

B始终能落到地面上E点,有以下两类情形:

ⅰ.若,B进入传送带上开始匀减速运动,设B减速到经过位移为S1,有

 ⑭(1分),则应满足

联立①⑧⑨⑬⑭式,可得 ⑮(1分)

ⅱ.若,B以速度vB进入传送带上匀加速至,设此过程B对地位移为S2,有

 ⑯ (1分),且恒有

联立①⑧⑯式,得 ⑰(1分),即恒成立,

综上所述,要使工件B都落在地面的E点,小球A释放点高度h必须满足条件:

⑱(1分)

【评分说明:①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯⑰⑱各1分,共18分。】

单项选择题
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