Question

一段凹槽B放置在水平面上，槽与水平面间的动摩擦因数μ=0.5，槽的内表面光滑，在内表面上有一小球A靠左侧壁放置，此时小球A与槽的右侧壁相距为l，如图所示．A、B的质量均为m．现对槽B施加一个大小等于2mg（g为重力加速度）、方向水平向右的推力F，使B和A一起开始向右运动，当槽B运动的距离为d时，立刻将推力撤去，此后A和B发生相对运动，再经一段时间球A与槽的右侧壁发生碰撞，碰后A和B立刻连在一起运动．
（1）求撤去推力瞬间槽B的速度v的大小
（2）若A碰到槽的右侧壁时，槽已停下，求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x．
（3）A碰到槽的右侧壁时，槽可能已停下，也可能未停下，试讨论球A相对于槽从左侧壁运动至右侧壁所经过的时间t与l和d的关系．

Answer

（1）推力F作用过程中，根据动能定理求解撤去推力瞬间槽B的速度v的大小．
（2）撤去推力F后槽做匀减速运动，小球做匀速运动，若A碰到槽的右侧壁时，槽已停下，根据动量守恒求解碰后AB共同速度．碰后两者一起做匀减速运动，由动能定理求解槽B在水平面上继续滑行的距离x．
（3）槽向右匀减速运动的过程，根据牛顿第二定律和运动学公式得到槽运动的位移与时间的关系．再讨论：当球A碰到槽的右侧壁时，槽未停下、已停下时，t与l和d的关系．
【解析】
（1）推力作用过程，根据动能定理得
   （F-μ•2mg）d=
将μ=0.5，F=2mg，代入解得，v= 
（2）推力撤去后，A球保持匀速运动，A球碰槽的右侧壁时，槽也已停下，碰撞过程动量守恒，则有
 mv=2mv′
碰后，由动能是
-μ•2mgx=0-
由以上各式得 x=
（3）槽B向右减速运动过程，由牛顿第二定律和运动学规律得
     μ•2mg=ma
    xB=vtB-
    vB=v-atB
球A在槽内运动过程做匀速运动，当球碰到槽的右侧壁时，A、B间的位移关系为vt-xB=l
讨论：
（1）当球A球碰到槽的右侧壁时，槽未停下，则tB=t，且vB＞0，可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
    t=，相应的条件是 l
（2）当球A球碰到槽的右侧壁时，槽已停下，则vB=0，可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=+，相应的条件是 l≥
答：
（1）撤去推力瞬间槽B的速度v的大小
（2）若A碰到槽的右侧壁时，槽已停下，求碰后槽B在水平面上继续滑行的距离x等于．
（3）A碰到槽的右侧壁时，槽可能已停下，也可能未停下，球A相对于槽从左侧壁运动至右侧壁所经过的时间t与l和d的关系为：
（1）当球A球碰到槽的右侧壁时，槽未停下，则tB=t，且vB＞0，可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=，相应的条件是 l
（2）当球A球碰到槽的右侧壁时，槽已停下，则vB=0，可解得球A从离开槽的左侧壁到碰撞右侧壁所经过的时间
t=+，相应的条件是 l≥．