质量为M的小车静止在光滑的水平面上,小车的上表面是一光滑的曲面,末端是水平的,如下图所示,小车被挡板P挡住,质量为优的物体从距地面高H处自由下落,然后沿光滑的曲面继续下滑,物体落地点与小车右端相距
,若撤去挡板P,物体仍从原处自由落下,求物体落地时落地点距离小车右端多远?
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运动分析:当小车被挡住时,物体落在小车上沿曲面向下滑动,对小车有斜向下方的压力,由于P的作用小车处于静止状态,物体离开小车时速度为
,最终平抛落地。当去掉挡板,由于物对车的作用,小车将向左加速运动,动能增大,物体相对车滑动的同时,随车一起向左移动,整个过程机械能守恒,物体滑离小车时的动能将比在前一种情况下小,最终平抛落地,小车同时向前运动,所求距离是物体平抛过程中的水平位移与小车位移的和。求出此种情况下,物体离开车时的速度
,及此时车的速度
以及相应运动的时间是关键,由于在物体与小车相互作用过程中水平方向动量守恒,这是解决
、
间关系的具体方法。
(1)挡住小车时,求物体滑落时的速度
物体从最高点下落至滑离小车时机械能守恒,设车尾部(右端)离地面高为
,
则有
①
由平抛运动的规律
②
③
(2)设去掉挡板时物体离开小车时速度为
,小车速度为
,
物体从最高点至离开小车之时系统机械能守恒
④
物体与小车相互作用过程中水平方向动量守恒
⑤
此式不仅给出了
与
大小的关系,同时也说明了
是向右的
物体离开车后对地平抛
⑥
⑦
车在
时间内SJ前的位移
⑧
比较式⑦、③,得
解式①、④、⑤,得
,
此种情况下落地点距车右端的距离