如图所示为一游乐场设施的简化示意图.长为l,高为h=0.8m平板小车靠在光滑的半径为R的1/4圆弧轨道的右侧,小车上表面

如图所示为一游乐场设施的简化示意图.长为l,高为h=0.8m平板小车靠在光滑的半径为R的1/4圆弧轨道的右侧,小车上表面恰好与轨道最低端相挨,现让一质量为m1的小滑块,从圆弧轨道顶端下滑后冲上小车上表面,继续向前运动,发现当小滑块滑离小车着地时,小车也恰好静止.已知小滑块到轨道最低端时对轨道的压力N=30N,平板小车上表面与小滑块的动摩擦因数μ1=0.2,小车与地面的动摩擦因数μ2=0.1,小滑块质量与小车质量关系为m1=1.2m2,小滑块着地时距平板小车右端△s=0.32m,g取10m/s2.求:
(1)小滑块的质量m1
(2)圆弧轨道的半径R和平板小车的长度l.
xjkyo 1年前 已收到1个回答 举报

songdee 幼苗

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解题思路:(1)在最低点,重力和支持力的合力提供向心力,物块在圆弧轨道上运动,只有重力做功,机械能守恒,根据机械能守恒定律和牛顿第二定律,求出小滑块的质量m1
(2)根据牛顿第二定律分别求出物块和小车的加速度,抓住物块滑离小车时位移之差等于小车的长度,以及物块离开小车做平抛运动,知道和小车右端的位移,根据匀变速直线运动公式求出平板车的速度.以及根据求出滑块滑上小车的速度,根据机械能守恒定律求出圆弧轨道的半径.

(1)小滑块沿圆弧轨道下滑,由机械能守恒定律有:m1gR=
1
2m1
v21①
在轨道最低点,由向心力公式有:N−m1g=m1

v21
R2②
由①②两式得:N=3m1g,
将N=30N代入解得m1=1kg.
(2)小滑块在小车上运动时情况:
对m1有:μ1m1g=m1a1
对m2有:μ1m1g-μ2(m1+m2)g=m2a2
由第(1)问结果代入题中数据解得:a1=2m/s2,a2=0.2m/s2
由运动学公式得:
小滑块的位移:s1=

v21−
v′21
2a1⑤
小车的位移:s2=

v′22
2a2⑥
考虑时间相等有:
v1−v1′
a1=
v2′
a2⑦
s1-s2=l⑧
小滑块与小车分离后:
小滑块平抛:h=
1
2g
t22,s1'=v1't2
小车做匀减速运动:a2'=μ2g=1m/s2 由于末速为零有:v2'=a2't2⑩s2′=
v2′
2t2(11)
由题知:△s=s1'-s2'(12)
将数据代入⑨⑩(11)(12)式解得:v1'=1m/s,v2'=0.4m/s
将求得的v1',v2'代入①⑤⑥⑦⑧解得:R=1.25m,l=5.6m

点评:
本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;平抛运动;向心力.

考点点评: 本题是机械能守恒定律、牛顿第二定律与运动学的综合题,关键要理清运动的过程,抓住过程中的相等量,灵活运用运动学公式.

1年前

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