Question

（14分）如图所示，半径R＝0.8 m的光滑圆弧轨道固定在水平地面上，O为该圆弧的圆心，轨道上方的A处有一个可视为质点的质量m＝1 kg的小物块，小物块由静止开始下落后恰好沿切线进入圆弧轨道．此后小物块将沿圆弧轨道下滑，已知AO连线与水平方向的夹角θ＝45°，在轨道末端C点紧靠一质量M＝3 kg的长木板，木板上表面与圆弧轨道末端的切线相平，木板下表面与水平地面之间光滑，小物块与长木板间的动摩擦因数μ＝0.3，g取10 m/s².求：

（1）小物块刚到达C点时的速度大小；

（2）小物块刚要到达圆弧轨道末端C点时对轨道的压力；

（3）要使小物块不滑出长木板，木板长度L至少为多少？

Answer

(1)vC＝4 m/s；(2)FN＝50 N；(3) L＝4 m

【解析】

试题分析：(1)小物块从A到C，根据机械能守恒有

mg×2R＝mv，解得vC＝4 m/s.    （4分）    

(2)小物块刚要到C点，由牛顿第二定律有

FN－mg＝mv/R，解得FN＝50 N.

由牛顿第三定律，小物块对C点的压力FN′＝50 N，方向竖直向下． （4分）

(3)设小物块刚滑到木板右端时达到共同速度，大小为v，小物块在长木板上滑行过程中，小物块与长木板的加速度分别为

am＝μmg/m

aM＝μmg/M

v＝vC－amt

v＝aMt       （2分）

由能量守恒定律得－μmgL＝ (M＋m)v2－mv   （2分）

联立解得L＝4 m.      2分）

考点：机械能守恒、牛顿第二定律。