Question

(18分)某校興趣小組制作了一個(gè)游戲裝置，其簡化模型如圖所示，在A點(diǎn)用一彈射裝置可將靜止的小滑塊以水平速度彈射出去，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)后，進(jìn)入半徑R=0.1m的光滑豎直圓形軌道，運(yùn)行一周后自B點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)右側(cè)有一陷阱，C、D兩點(diǎn)的豎直高度差h=0.2m，水平距離s=0.6m，水平軌道AB長為L₁=0.5m，BC長為L₂ =1.5m，小滑塊與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4，重力加速度g=10m/s²。

（1）若小滑塊恰能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，求小滑塊在A點(diǎn)彈射出的速度大小；
（2）若游戲規(guī)則為小滑塊沿著圓形軌道運(yùn)行一周離開圓形軌道后只要不掉進(jìn)陷阱即為勝出。求小滑塊在A點(diǎn)彈射出的速度大小范圍。
（3）若小滑塊是與從光滑斜軌道E點(diǎn)靜止釋放的小球發(fā)生完全非彈性碰撞后，離開A點(diǎn)的（小球質(zhì)量與小滑塊的質(zhì)量相等，且均可視為質(zhì)點(diǎn)，斜軌道與水平地面平滑連接），求當(dāng)滿足（2）中游戲規(guī)則時(shí)，釋放點(diǎn)E與過A水平面的豎直高度H的大小范圍。

Answer 1

見試題分析

解析試題分析：解：小滑塊恰能通過圓軌道最高點(diǎn)的速度為v，由牛頓第二定律：
             ①（1分）
由B到最高點(diǎn)小滑塊機(jī)械能守恒得：       ②  （1分）
由A到B動(dòng)能定理：         ③ （1分）
由以上三式解得A點(diǎn)的速度為：            （1分）
（2）若小滑塊剛好停在C處，則A到C動(dòng)能定理：    ④ （2分）
解得A點(diǎn)的速度為      （1分）
若小滑塊停在BC段，應(yīng)滿足        （1分）
若小滑塊能通過C點(diǎn)并恰好越過壕溝，利用平拋運(yùn)動(dòng)則有 ：
豎直方向：      ⑤（1分）
水平方向：               ⑥ （1分）
從A到C由動(dòng)能定理：          ⑦（2分）
解得：          （1分）
所以初速度的范圍為： 和      （1分）
（3）以小球和小滑塊為系統(tǒng)，依據(jù)題意在A點(diǎn)完全非彈性碰撞前、后系統(tǒng)動(dòng)量守恒：
           ⑧（2分）
小球從E點(diǎn)到光滑斜面底端，由動(dòng)能定理：       ⑨（1分）
結(jié)合（2）問的速度范圍可以求出H范圍是：1.8m≤H≤3.2m和H≥5m       （1分）
考點(diǎn)： 牛頓第二定律 機(jī)械能守恒 動(dòng)能定理 平拋運(yùn)動(dòng) 動(dòng)量守恒