如图所示,光滑的圆弧轨道AB、EF,半径AO、O′F均为R且水平.质量为m、长度也为R的小车静止在光滑水平面CD上,小车上表面与轨道AB、EF的末端B、E相切.一质量为m的物体(可视为质

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,光滑的圆弧轨道AB、EF,半径AO、O′F均为R且水平.质量为m、长度也为R的小车静止在光滑水平面CD上,小车上表面与轨道AB、EF的末端B、E相切.一质量为m的物体(可视为质点)从轨道AB的A点由静止下滑,由末端B滑上小车,小车立即向右运动.当小车右端与壁DE刚接触时,物体m恰好滑动到小车右端且相对于小车静止,同时小车与壁DE相碰后立即停止运动但不粘连,物体继续运动滑上圆弧轨道EF,以后又滑下来冲上小车.求:

魔方格

(1)水平面CD的长度和物体m滑上轨道EF的最高点相对于E点的高度h;
(2)当物体再从轨道EF滑下并滑上小车后,小车立即向左运动.如果小车与壁BC相碰后速度也立即变为零,最后物体m停在小车上的Q点,则Q点距小车右端多远?

◎ 答案


(1)设物体从A滑至B点时速度为v0,根据机械能守恒有:mgR=
1
2
mv20

由已知,m与小车相互作用过程中,系统动量守恒
mv0=2mv1                                                             
设二者之间摩擦力为f,
以物体为研究对象:-f?sCD=
1
2
m
v21
-
1
2
m
v20

以车为研究对象:f(sCD-R)=
1
2
m
v21

解得:sCD=
3
2
R

车与ED相碰后,m以速度v1冲上EF
1
2
mv21
=mgh

解得:h=
R
4

(2)由第(1)问可求得  f=
1
2
mg
v1=

gR
2

由能量守恒:mgR>fR+fx
mgR>
1
2
mgR+
1
2
mgx

解得  x<R       所以物体不能再滑上AB                                 
即在车与BC相碰之前,车与物体会达到相对静止,设它们再次达到共同速度为v2
则有:mv1=2mv2                                                       
相对静止前,物体相对车滑行距离s1
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