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如图,坚直平面内的轨道ABC由粗糙的水平滑道AB与光滑的四分之一圆弧滑道BC组成...

如图,坚直平面内的轨道ABC由粗糙的水平滑道AB与光滑的四分之一圆弧滑道BC组成,AB恰与圆弧BC在B点相切,轨道放在光滑的水平面上,一个质量为1.0kg的小物块(可视为质点)从轨道的A端以8.0J的初动能水平冲上滑道AB,沿着轨道运动,由BC弧滑下后恰能停在水平滑道AB的中点,已知水平滑道AB长为2.0m,轨道ABC的质量为3.0kg,g=10m/s2
(1)求小物块停在AB中点时的速度大小;
(2)求小物块与水平滑道间的动摩擦因数;
(3)若将小物块初动能增大到某一值时,小物块冲上轨道并返回时,恰能停在A端,求小物块离开C点上升到最高点的距离AB上表面的高度.

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(1)整个过程中,系统水平方向不受外力,根据系统动量守恒,列式求解即可; (2)系统动能的减小量等于产生的热量,根据Q=f•△S求解摩擦力,进一步计算动摩擦因素; (3)滑块运动到最高点时,系统中滑块和轨道速度相同,根据动量守恒定律和能量守恒定律分别列式;滑块滑到A点时,同样根据动量守恒定律和能量守恒定律分别列式;最后联立各式求解即可. 【解析】 (1)设小物块冲上轨道的初速度为v,根据E=,得=4m/s 设物块停在AB的中点时与轨道的共同速度为v′ 根据动量守恒定律,有mv=(M+m)v′ 故 (2)系统的动能损失用于克服摩擦力做功,有 又 解得摩擦力f=2N, 所以 (3)设物块以初动能E′冲上轨道,可以达到的最大高度是H,物块从C点离开轨道向上运动时,其水平方向的速度总是与轨道速度相等,达到最高点时,物块的速度跟轨道的速度相等,有 △E′=fL+mgH 物块冲上轨道运动到A端的过程中,动量守恒,末速度与上述时刻相等,有 △E′=2fL 故fL+mgH=2fL 解得 答:(1)求小物块停在AB中点时的速度大小为1m/s; (2)求小物块与水平滑道间的动摩擦因数为0.2; (3)小物块离开C点上升到最高点的距离AB上表面的高度为0.4m.
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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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