(2013•安庆二模)图中左侧部分为过山车简易模型装置,它是由弧形轨道PQ、竖直圆轨道MQ和水平轨道QN组成.所有轨道都

1个回答

  • (1)设球a从P点运动到圆形轨道最低点Q时的速度大小为v,

    根据机械能守恒定律:

    m1gh=

    1

    2m1v2

    解得:v=10m/s,方向水平向右

    (2)设球a与物块b碰撞后的速度大小分别为v1、v2

    球返回到圆轨道最高点M时的速度大小为v′1

    根据牛顿第二定律,由向心力公式得:

    m1g=m1

    v′1 2

    R

    球由N返回到M的过程中,根据动能定理得:

    −m1g•2R=

    1

    2m1v′1 2−

    1

    2m1v12

    球a与物块b发生无机械能损失的弹性正碰,由于轨道光滑,球a碰撞前的速度与第一次到轨道最低点的速度相等,

    该过程中球a与物块b组成的系统动量守恒,规定向右为正方向,

    故:m1v=-m1v1+m2v2

    联立解得:v2=5m/s 方向水平向右

    (3)物块b滑上木板c时,设物块b和木板c的加速度大小分别a1,a2,两者经过时间达到共同的速度v3

    木块在此过程中的位移为x1,根据牛顿第二定律得:

    μ1m2g=m2a1

    μ1m2g-μ2(m2+m3)g=m3a2

    根据运动学公式得:

    v3=v2-a1t

    v3=a2t

    x1=

    1

    2a2t2

    联立解得:x1=0.5m,v3=1m/s

    达共同速度后,物块b和木板c一道做匀减速直线运动直至停止,设该过程中减速的位移为x2

    由动能定理得:−μ2(m2+m3)gx2=0−

    1

    2(m2+m3)v32

    解得:x2=0.5m

    则木板c的总位移x=x1+x2=1m,方向水平向右.

    答:(1)小球a第一次经过圆形轨道最低点时的速度大小是10m/s,方向水平向右;

    (2)碰后瞬间小物块b的速度大小是5m/s,方向水平向右;

    (3)木板c运动的总位移大小是1m,方向水平向右.

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