問題詳情:
如圖所示,半徑R=0.8 m的光滑圓弧軌道固定在水平地面上,O為該圓弧的圓心,軌道上方的A處有一個可視為質點的質量m=1 kg的小物塊,小物塊由靜止開始下落後恰好沿切線進入圓弧軌道.此後小物塊將沿圓弧軌道下滑,已知AO連線與水平方向的夾角θ=45°,在軌道末端C點緊靠一質量M=3 kg的長木板,木板上表面與圓弧軌道末端的切線相平,木板下表面與水平地面之間光滑,小物塊與長木板間的動摩擦因數μ=0.3,g取10 m/s2.求:
(1)小物塊剛到達C點時的速度大小;
(2)小物塊剛要到達圓弧軌道末端C點時對軌道的壓力;
(3)要使小物塊不滑出長木板,木板長度L至少為多少?
【回答】
(1)小物塊從A到C,根據機械能守恆有
mg×2R=1/2mv2,解得vC=4 m/s.
(2)小物塊剛要到C點,由牛頓第二定律有
FN-mg=mv2/R,解得FN=50 N.
由牛頓第三定律,小物塊對C點的壓力FN′=50 N,方向豎直向下.…(4分)
(3)設小物塊剛滑到木板右端時達到共同速度,大小為v,小物塊在長木板上滑行過程中,小物塊與長木板的加速度分別為
am=μmg/m
aM=μmg/M
v=vC-amt
v=aMt
由能量守恆定律得-μmgL=(M+m)v2-mv
聯立解得L=4 m.
知識點:專題三 力與物體的曲線運動
題型:綜合題