(2014•茂南区一模)如图所示,一个带[1/4]圆弧轨道的平台固定在水平地面上,光滑圆弧MN的半径为R=3.2m,水平

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  • 解题思路:(1)由动能定理求出A到达N点的速度,然后由牛顿第二定律求物体A进入N点所受的支持力,进而由牛顿第三定律求物体对轨道N的压力;

    (2)由牛顿第二定律和位移时间公式求物体在NP上运动的时间;

    (3)小车、物体A、B组成系统满足动量守恒,然后结合动能定理和运动学公式列方程联立求解.

    (1)物体A由M到N过程中,由动能定理得:

    mAgR=[1/2]mAvN2…①

    在N点,由牛顿定律得:

    FN-mAg=mA

    vN2

    R…②

    由①、②得FN=3mAg=30N…③

    由牛顿第三定律得,物体A进入轨道前瞬间对轨道压力大小为:FN′=3mAg=30N…④

    (2)物体A在平台上运动过程中,

    μmAg=mAa…⑤

    L=vN-[1/2]at2…⑥

    由①、⑤、⑥式得:t=0.5st=3.5s(不合题意,舍去)…⑦

    (3)物体A刚滑上小车时速度为:vP=vN-at=6m/s…⑧

    从物体A滑上小车到相对小车静止过程中,小车、物体A、B组成系统动量守恒,规定向右为正方向:

    (mA+mB+mC)v′=mAvP-mBv…⑨

    得小车最终速度:v′=1m/s…⑩

    a.当物体A、B未碰撞,B停止时,A继续运动.

    假设BC一起加速运动,则:μmAg=( mB+mC)a1…(11)

    因为:μmBg>mBa1,所以假设成立,BC一起加速运动…(12)⑫

    对小车C和物体B应用动能定理:

    μmAgs=[1/2](mB+mC)v2-[1/2](mB+mC)v′2…(13)⑬

    s=

    v′2

    μg=0.25m…(14)⑭

    b.当物体B与A相向相碰时,碰后小车开始加速,最终达到共同速度,对小车应用动能定理:

    μ(mA+mB)s′=[1/2]mCv′2…(15)⑮

    s′=

    v′2

    4μg=0.0625m…(16)

    c.当B速度减为零,A、B还未相碰,BC一起向右加速,A追上B相碰且在黏一起,车与AB共同体分离,车加速,AB共同体减速直至相对静止.这种情况,车的位移在s′与s之间…⑰

    由a、b、c三种情况可得车位移的可能范围为:0.0625m≤s≤0.25m…(17)

    答:(1)物体A进入N点前瞬间对轨道的压力大小为30N;

    (2)物体A在NP上运动的时间为0.5s;

    (3)从物体A滑上小车到相对小车静止过程中,小车的位移是0.0625m≤s≤0.25m.

    点评:

    本题考点: 动量守恒定律;动能定理的应用.

    考点点评: 本题综合运用了牛顿第二定律、动能定理、运动学公式、动量守恒定律,综合性较强,尤其是最后一问的开放性讨论,需要思维较严密,是一道难题.

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