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车≤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车≤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.