(17分)如图所示,半径R=0.8m的光滑1/4圆弧轨道固定在光滑水平上,轨道上方的A点有一个可视为质点的质量m=1kg的小物块。小物块由静止开始下落后打在圆弧轨道上的B点但未反弹,在该瞬间碰撞过程中,小物块沿半径方向的分速度即刻减为零,而沿切线方向的分速度不变,此后小物块将沿着圆弧轨道滑下。已知A点与轨道的圆心O的连线长也为R,且AO连线与水平方向的夹角为30°,C点为圆弧轨道的末端,紧靠C点有一质量M=3kg的长木板,木板的上表面与圆弧轨道末端的切线相平,小物块与木板间的动摩擦因数,g取10m/s2。求:
(1)小物块刚到达B点时的速度;
(2)小物块沿圆弧轨道到达C点时对轨道压力FC的大小;
(3)木板长度L至少为多大时小物块才不会滑出长木板?
(1),方向竖直向下 (2)
(3)
题目分析:(1)由几何关系可知,AB间的距离为R,小物块从A到B做自由落体运动,
根据运动学公式有 ……(1分)
代入数据解得, ……… (1分)
方向竖直向下 …………… (1分)
(2)设小物块沿轨道切线方向的分速度为,因OB连线与竖直方向的夹角为
,故
………………(1分)
从B到C,只有重力做功,根据机械能守恒定律有
…………(2分)
在C点,根据牛顿第二定律有 …………(1分)
联立以上各式,代入数据解得 …………(1分)
再根据牛顿第三定律可知小物块到达C点时对轨道的压力 ……… (1分)
(3)小物块滑到长木板上后,小物体做匀减速运动,长木板做匀加速运动
小物体 (1分)
(1分)
(1分)
长木板 (1分)
(1分)
(1分)
又 (1分)
联立以上各式可得
代入数据解得 (1分)