Question

【題目】如圖所示，AB為半徑R=0.8 m的1/4光滑圓弧軌道，下端B恰與平板小車右端平滑對接。小車質量M=3 kg，車長L=2.06 m。現(xiàn)有一質量m=1 kg的小滑塊，由軌道頂端無初速釋放，滑到B端后沖上小車。已知地面光滑，滑塊與小車上表面間的動摩擦因數μ=0.3，當車運動了t0=1.5 s時，車被地面裝置鎖定(g=10 m/s2)。試求：

（1）滑塊到達B端時，軌道對它支持力的大小；

（2）車被鎖定時，車右端距軌道B端的距離；

（3）從車開始運動到被鎖定的過程中，滑塊與平板車構成的系統(tǒng)損失的機械能；

（4）滑塊滑離車左端時的動能。

Answer 1

【答案】（1）30 N（2）1 m（3）6 J(4)0.32J（4）Ek=10 J

【解析】試題分析：滑塊從光滑圓弧軌道過程，只有重力做功，機械能守恒．經過B端時由重力和軌道的支持力的合力提供向心力，根據機械能守恒定律和牛頓第二定律求解軌道的支持力；根據牛頓第二定律分別求出滑塊滑上小車后滑塊和小車的加速度，由速度公式求出兩者速度所經歷的時間，再求解車被鎖定時，車右端距軌道B端的距離；從車開始運動到被鎖定的過程中，系統(tǒng)損失的機械能轉化為內能，求出滑塊相對于小車滑動的距離，根據能量守恒定律求出系統(tǒng)損失的機械能；根據動能定理求解滑塊滑離車左端時的動能．

（1）滑塊從光滑圓弧軌道過程，根據機械能守恒定律得

滑塊經過B端時，由牛頓第二定律得

聯(lián)立兩式，代入數值得，軌道對滑塊的支持力為

（2）當滑塊滑上小車后，由牛頓第二定律，得

對滑塊有：

對小車有：

設經時間t兩者達到共同速度，則有：

解得．此時小車還未被鎖定，兩者的共同速度： ，兩者以共同速度運動時間為．

故車被鎖定時，車右端距軌道B端的距離：

（3）從車開始運動到被鎖定的過程中，滑塊相對小車滑動的距離

所以系統(tǒng)損失的機械能即產生的內能為

（4）對小滑塊在車被鎖定后相對車滑動過程，由動能定理得

得