解题思路:(1)滑块下滑过程机械能守恒,先根据守恒定律求解A点速度;再A点重力和支持力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律求解支持力;最后根据牛顿第三定律求解压力;
(2)先假设S足够大,最后滑块与木板有共同速度,根据动量守恒定律求解出共同速度;然后对木板运用动能定理列式求解木板滑动的距离;
最后分情况讨论;
(3)滑块最终和长木板一起静止在地面上,根据功能关系列式求解.
(1)滑块从轨道的最高点到最低点,机械能守恒,设到达A点的速度为vA
则
1
22mvA2=2mgR①
得:vA=
2gR②
在A点有:NA−2mg=
2mvA2
R③
由②③得:NA=6mg④
由牛顿第三定律,滑块在A点对轨道的压力 NA′=6mg⑤
(2)若第一次碰撞前的瞬间,滑块与木板达到共同速度v,
则:(2m+m)v=2mvA⑥
μ2mgS=
1
2mv2⑦
由②⑥⑦得:S=
2R
9μ⑧
ⅰ.若S≥
2R
9μ,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v=
2
3
2gR⑨
ⅱ.若S<
2R
9μ,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v'
则:[1/2mv′2=μ2mgS⑩
得:v'=2
μgS]
(3)因为S足够大,每次碰前滑块与木板共速;因为M<m,每次碰后系统的总动量方向向右,要使滑块不滑离长木板,最终木板停在墙边,滑块停在木板上.
由能量守恒得:μ2mgL≥
1
22mvA2
解得:L≥
R
μ
答:(1)滑块到达A点时对轨道的压力的大小为6mg;
(2)长木板与墙第一次碰撞前的速度v与S的关系:
若S≥
2R
9μ,则木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v=
2
3
2gR;
若S<
2R
9μ,木板与墙第一次碰前瞬间的速度为v'=2
μgS;
(3)若S足够大,为了使滑块不滑离长木板,板长L应满足L≥
R
μ的条件.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;牛顿第三定律;机械能守恒定律.
考点点评: 本题考查了机械能守恒定律和动量守恒定律,还要根据“一对滑动摩擦力做功等于系统内能增加量”列式,涉及的知识点较多,对学生的能力要求较强.