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竖直平面内的轨道ABCD由水平滑道AB与光滑的四分之一圆弧滑道CD组成,AB恰与...

竖直平面内的轨道ABCD由水平滑道AB与光滑的四分之一圆弧滑道CD组成,AB恰与圆弧CD在C点相切,轨道放在光滑的水平面上,如图所示.一个质量为m的小物块(可视为质点)从轨道的A端以初动能E冲上水平滑道AB,沿着轨道运动,由DC弧滑下后停在水平滑道AB的中点.已知水平滑道AB长为L,轨道ABCD的质量为 3m.求:
(1)小物块的最终速度;
(2)小物块在水平滑道上受到的摩擦力的大小;
(3)为了保证小物块不从滑道的D端离开滑道,圆弧滑道的半径R至少是多大?

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(1)物块冲上滑道AB后的运动过程中,系统水平方向不受外力,动量守恒,物块最终与滑道的速度相同,由动量守恒定律求最终速度; (2)系统的动能损失等于克服摩擦做功,根据功能关系求摩擦力的大小; (3)若小物块刚好到达D处,此时它与轨道有共同的速度,此速度与上题最终速度相等,根据整个过程功能关系列式求解. 【解析】 (1)小物块冲上轨道的初速度设为v,   E= 最终停在AB的中点,跟轨道有相同的速度,设为V 在这个过程中,系统动量守恒,有mv=(m+M)V ∴v= (2)系统的动能损失用于克服摩擦做功,有 △E= 解得摩擦力 f= (3)若小物块刚好到达D处,此时它与轨道有共同的速度(与V相等),在此过程中系统总动能减少转化内能(克服摩擦做功)和物块的重力势能,同理,有 △E1=-==fL+mgR 解得要使物块不从D点离开滑道,CD圆弧半径至少为R=. 答: (1)小物块的最终速度为=; (2)小物块在水平滑道上受到的摩擦力的大小为; (3)为了保证小物块不从滑道的D端离开滑道,圆弧滑道的半径R至少是.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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