Question

如圖19－11所示，有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊質(zhì)量為m＝1 kg，從平臺(tái)上的A點(diǎn)以v₀＝2 m/s的初速度水平拋出，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，恰好沿C點(diǎn)的切線方向進(jìn)入固定在水平地面上的光滑圓弧軌道，最后小物塊滑上緊靠軌道末端D點(diǎn)的質(zhì)量為M＝3 kg的長(zhǎng)木板．已知木板上表面與圓弧軌道末端切線在同一水平面上，木板下表面與水平地面之間光滑，小物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.3，圓弧軌道的半徑為R＝0.4 m，C點(diǎn)和圓弧的圓心連線與豎直方向的半徑OD夾角為60°，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s².求：

圖19－11

(1)小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大�。�

(2)小物塊經(jīng)過(guò)圓弧軌道末端D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力多大．

(3)要使小物塊不滑出長(zhǎng)木板，木板長(zhǎng)度L至少應(yīng)為多大．

Answer 1

解析：(1)由運(yùn)動(dòng)的分解可得小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小v_C＝＝4 m/s

(2)小物塊從C到D的過(guò)程中，由機(jī)械能守恒定律得：

mgR(1－cos60°)＝mv－mv，

代入數(shù)據(jù)解得v_D＝2 m/s.

小球在D點(diǎn)時(shí)由牛頓第二定律得：F_N－mg＝m

代入數(shù)據(jù)解得F_N＝60 N，

由牛頓第三定律得F′_N＝F_N＝60 N，方向豎直向下

(3)設(shè)小物塊剛滑到木板左端時(shí)恰與木板達(dá)到共同速度v，小物塊在木板上滑行的過(guò)程中，小物塊與長(zhǎng)木板的加速度大小分別為：

a₁＝＝μg＝3 m/s^2, a₂＝＝1 m/s²，

速度滿足：v_D－ a₁t＝a₂t＝v

對(duì)物塊和木板系統(tǒng)，由能量守恒定律得

μmgL＝mv－(m＋M)v²

解得：L＝2.5 m，即木板的長(zhǎng)度至少是2.5 m.

答案：(1)4 m/s　(2)60 N　(3)2.5 m