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如图所示,半径R=1.0m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内,轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向间的夹角θ=37°,另一端点C为轨道的最低点,其切线水平.C点右侧的光滑水平面上紧挨C点
题目详情
如图所示,半径R=1.0m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内,轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向间的夹角θ=37°,另一端点C为轨道的最低点,其切线水平.C点右侧的光滑水平面上紧挨C点静止放置一木板,木板质量M=3kg,上表面与C点等高.质量为m=1kg的物块(可视为质点)从空中A点以v0=2.4m/s的速度水平抛出,恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道.已知物块与木板间的动摩擦因数μ=0.4,取g=10m/s2,sin37°=0.6.求:
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(1)物体到达B点时的速度大小vB;
(2)物块经过C点时对轨道的压力;
(3)木板长度满足什么条件,才能使物块不滑离木板.
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(1)物体到达B点时的速度大小vB;
(2)物块经过C点时对轨道的压力;
(3)木板长度满足什么条件,才能使物块不滑离木板.
▼优质解答
答案和解析
(1)设物体经过B点的速度为vB,则由平抛运动的规律可得:
vBsin37°=v0
解得:vB=4m/s
(2)设物体经过C点的速度为vC,由机械能守恒得:
mvB2+mg(R+Rsin37°)=
mvC2
解得:vC=4
m/s;
根据牛顿第二定律得
FN-mg=m
解得:FN=58N,
由牛顿第三定律可求得物块经过C点时对轨道的压力大小是58N,方向竖直向下.
(3)物块在木板上滑动时,设物块和木板的加速度大小分别为a1、a2,
则:μ1mg=ma1
μ1mg-μ2(M+m)g=Ma2
解得:a1=4m/s2,a2=
m/s2,
设物块和木板经过时间t达到共同速度V,其位移分别为X1、X2,则:
对物块:V=VC-a1t
对木板:V=a2t
设木板长度至少为L
时间t内物块的位移:X1=
t
时间t内木板的位移:X2=
由题意得:L≥X1-X2=4.5m
即木板长度至少4.5m才能使物块不从木板上滑下.
答:(1)物体到达B点时的速度大小是4m/s;
(2)物块经过C点时对轨道的压力大小是58N,方向竖直向下;
(3)木板长度至少4.5m才能使物块不滑离木板.
vBsin37°=v0
解得:vB=4m/s
(2)设物体经过C点的速度为vC,由机械能守恒得:
1 |
2 |
1 |
2 |
解得:vC=4
3 |
根据牛顿第二定律得
FN-mg=m
| ||
R |
解得:FN=58N,
由牛顿第三定律可求得物块经过C点时对轨道的压力大小是58N,方向竖直向下.
(3)物块在木板上滑动时,设物块和木板的加速度大小分别为a1、a2,
则:μ1mg=ma1
μ1mg-μ2(M+m)g=Ma2
解得:a1=4m/s2,a2=
4 |
3 |
设物块和木板经过时间t达到共同速度V,其位移分别为X1、X2,则:
对物块:V=VC-a1t
对木板:V=a2t
设木板长度至少为L
时间t内物块的位移:X1=
vC+v |
2 |
时间t内木板的位移:X2=
vt |
2 |
由题意得:L≥X1-X2=4.5m
即木板长度至少4.5m才能使物块不从木板上滑下.
答:(1)物体到达B点时的速度大小是4m/s;
(2)物块经过C点时对轨道的压力大小是58N,方向竖直向下;
(3)木板长度至少4.5m才能使物块不滑离木板.
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