1.如圖,半徑R=1.0m的四分之一圓弧形光滑軌道豎直放置,圓弧最低點B與長為L=0.5m的水平面BC相切于B點,BC離地面高h=0.45m,C點與一傾角為θ=37°的光滑斜面連接,質(zhì)量m=1.0kg的小滑塊從圓弧上某點由靜止釋放,已知滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)?=0.1.求:

(1)若小滑塊到達圓弧B點時對圓弧的壓力剛好等于其重力的2倍,則小滑塊應從圓弧上離地面多高處釋放;
(2)若在C點放置一個質(zhì)量M=2.0kg的小球,小滑塊運動到C點與小球正碰后返回恰好停在B點,求小球被碰后將落在何處并求其在空中的飛行時間.(已知sin37°=0.6  cos37°=0.8,g取l0m/s2

分析 (1)根據(jù)機械能守恒定律或動能定理研究開始到B點列出等式.在B點,小滑塊所受重力和支持力的合力提供向心力,結合牛頓第二定律列式求解即可.
(2)由動能定理研究B點到C點,求出C點的速度,對于小滑塊從C返回B的過程,運用動能定理求出滑塊與小球碰后的速度,對于碰撞過程,運用動量守恒定律求出碰后小球的速度,最后由平拋運動知識求解其在空中的飛行時間.

解答 解:(1)設小滑塊運動到B點的速度為vB,由機械能守恒定律有:
mg(H-h)=$\frac{1}{2}$mvB2
小滑塊在B點時,由牛頓第二定律有:
F-mg=m$\frac{{v}_{B}^{2}}{R}$
聯(lián)立 上式解得:H=0.95m
(2)設小滑塊運動到C點的速度為vC,由動能定理有:
mg(H-h)-?mgL=$\frac{1}{2}$mvC2
解得小滑塊在C點的速度  vC=3 m/s
對滑塊返回:由動能定理有:
-?mgL=0-$\frac{1}{2}$mv12 
解得:v1=1.0m/s
取向右為正方向,由動量守恒定律有:mvC=-mv1+Mv2
解得  v2=2.0m/s
小球平拋到地面的水平距離為:
s=v2t=v2$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=0.6m
斜面底寬  d=hcotθ=0.6m
所以小球離開C點將恰好落在斜面底端
小滑塊在空中的飛行時間即為小滑塊平拋運動所用時間為
t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.45}{10}}$=0.3s
答:
(1)小滑塊應從圓弧上離地面是0.95m高處釋放;
(2)小球離開C點將恰好落在斜面底端,其在空中的飛行時間是0.3s.

點評 本題關鍵是分析清楚物體的運動情況,掌握每個過程的物理規(guī)律,知道涉及空間距離求速度時運用動能定理,碰撞的基本規(guī)律是動量守恒定律.

練習冊系列答案
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