(2009•湖北模拟)如图所示,质量为m3=3kg的滑道静止在光滑的水平面上,滑道的AB部分是半径为R=0.15m的四分

(2009•湖北模拟)如图所示,质量为m3=3kg的滑道静止在光滑的水平面上,滑道的AB部分是半径为R=0.15m的四分之一圆弧,圆弧底部与滑道水平部分相切,滑到水平部分右端固定一个轻弹簧.滑道除CD部分粗糙外其他部分均光滑.质量为m2=2kg的物体2(可视为质点)放在滑道的B点,现让质量为m1=1kg的物体1(可视为质点)自A点由静止释放.两物体在滑道上的C点相碰后粘为一体(g=10m/s2).
(1)求物体1从释放到与物体2相碰的过程中,滑道向左运动的距离;
(2)若CD=0.1m,两物体与滑道的CD部分的动摩擦因数都为μ=0.1,求在整个运动过程中,弹簧具有的最大弹性势能;
(3)物体1、2最终停在何处.
xuanzhe303 1年前 已收到1个回答 举报

野山雀 幼苗

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解题思路:(1)物体1从释放到与物体2相碰前的过程中,物体2由于不受摩擦,静止不动.系统水平不受外力,动量守恒,用位移与时间的比值表示平均速度,根据动量守恒列式求出滑道向左运动的距离;
(2)物体1从释放到与物体2相碰前的过程中,系统中只有重力做功,系统的机械能守恒,根据机械能守恒和动量守恒列式,可求出物体1、2碰撞前两个物体的速度;物体1、2碰撞过程,根据动量守恒列式求出碰后的共同速度.碰后,物体1、2向右运动,滑道向左运动,弹簧第一次压缩最短时,根据系统的动量守恒得知,物体1、2和滑道速度为零,此时弹性势能最大.根据能量守恒定律求解在整个运动过程中,弹簧具有的最大弹性势能.
(3)根据系统的能量守恒列式,即可求出物体1、2相对滑道CD部分运动的路程s,从而确定出物体1、2最终停在何处.

(1)m1从释放到与m2相碰撞过程中,m1、m3组成的系统水平方向动量守恒,设m1水平位移大小s1,m3水平位移大小s3,有:
0=m1s1-m3s3
又s1=R
可以求得s3=
m1s1
m3=0.05m
(2)设m1、m2刚要相碰时物体1的速度v1,滑道的速度为v3,由机械能守恒定律有m1gR=
1
2m1v12+
1
2m3v32
由动量守恒定律有0=m1v1-m3v3
物体1和物体2相碰后的共同速度设为v2,由动量守恒定律有m1v1=(m1+m2)v2
弹簧第一次压缩最短时由动量守恒定律可知物体1、2和滑道速度为零,此时弹性势能最大,设为EPm.从物体1、2碰撞后到弹簧第一次压缩最短的过程中,由能量守恒有
1
2(m1+m2)v22+
1
2m3v32−μ(m1+m2)g
.
CD=EPm
联立以上方程,代入数据可以求得,EPm=0.45J
(3)分析可知物体1、2和滑道最终将静止,设物体1、2相对滑道CD部分运动的路程为s,由能量守恒有
1
2(m1+m2)v22+
1
2m3v32=μ(m1+m2)gs
代入数据可得s=
10
8m=0.25m
所以m1、m2最终停在CD的中点处
答:
(1)物体1从释放到与物体2相碰的过程中,滑道向左运动的距离是0.05m;
(2)若CD=0.1m,两物体与滑道的CD部分的动摩擦因数都为μ=0.1,求在整个运动过程中,弹簧具有的最大弹性势能是0.45J;
(3)m1、m2最终停在CD的中点处.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题是系统水平方向动量守恒和能量守恒的问题,求解两物体间的相对位移,往往根据能量守恒研究.

1年前

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