如图所示,光滑的水平面AB(足够长)与半径为R=0.8m的光滑竖直半圆轨道BCD在B点相切,D点为半圆轨道最高点.A点的

如图所示,光滑的水平面AB(足够长)与半径为R=0.8m的光滑竖直半圆轨道BCD在B点相切,D点为半圆轨道最高点.A点的右侧等高地放置着一个长为L=20m、逆时针转动速度为v0=10m/s的传送带.用轻质细线连接甲、乙两物体,中间夹一轻质弹簧,弹簧与甲乙两物体不栓接.甲的质量为m1=3kg,乙的质量为m2=1kg,甲、乙均静止在光滑的水平面上.现固定乙球,烧断细线,甲离开弹簧后进入半圆轨道并可以通过D点,且过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力.传送带与乙物体间摩擦因数为0.6,重力加速度g取l0m/s2,甲、乙两物体可看作质点.
(1)求甲球离开弹簧时的速度.
(2)若甲固定,乙不固定,细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带,求乙在传送带上滑行的最远距离.
(3)甲乙均不固定,烧断细线以后,求甲和乙能否再次在AB面上水平碰撞?若碰撞,求再次碰撞时甲乙的速度;若不会碰撞,说明原因.
zhang2653 1年前 已收到1个回答 举报

QIANALEX 幼苗

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解题思路:1、甲离开弹簧以后运动到最高点,机械能守恒,过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力,根据牛顿第二定律列出等式求解
2、根据能量守恒求出乙离开弹簧的速度,根据牛顿第二定律和运动学公式求解
3、甲乙分离根据动量守恒和能量守恒列出等式求出分离时的速度,再根据牛顿第二定律和运动学公式求解.

(1)甲离开弹簧以后,机械能守恒:
[1/2]m1
v20=m1g•2R+[1/2]m1
v2D
过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力,根据牛顿第二定律得:
2m1g=

m1v2D
R
解得:v0=4
3m/s
(2)根据能量守恒得:
Ep=[1/2]m1
v20=[1/2]m2
v2乙
得:v=12m/s
之后乙滑上传送带匀减速运动,根据牛顿第二定律得:
μmg=ma
得:a=6m/s2
速度为零时离A端最远,最远距离为:
x=

v2乙
2a=12m<20m
即乙在传送带上滑行的最远距离为12m.
(3)甲乙分离分离过程中,动量守恒,选v1的方向为正,根据动量守恒得:
m1v1=m2v2
甲乙弹簧系统能量守恒:
Ep=[1/2]m1
v20=[1/2]m1
v21+[1/2]m2
v22
解得:
v 1=2
3m/s,v2=6
3m/s
之后甲沿轨道上滑,设上滑最高点高度为h,
则[1/2m1
v21=m1gh
得h=0.6m<0.8m
则甲上滑不到等圆心位置就会返回,返回AB面上速度仍然是v1=2
3m/s
乙滑上传送带,因v2=6
3m/s<12m/s,
则乙先向右做匀减速运动,后向左匀加速.
由对称性可知返回AB面上速度仍然为v2=6
3m/s
所以甲和乙能再次在AB面上水平碰撞,再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
3m/s,v2=6
3m/s
答:(1)甲球离开弹簧时的速度大小是4
3]m/s.
(2)若甲固定,乙不固定,细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带,乙在传送带上滑行的最远距离是12m.
(3)甲乙均不固定,烧断细线以后,甲和乙能再次在AB面上水平碰撞,再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
3m/s,v2=6
3m/s

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题考查了与弹簧有关的动量、能量问题,有一定综合性,关键要清楚研究对象的运动情况,能选择不同的研究过程运用物理规律求解.

1年前

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