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试卷云
如图所示,一滑槽放置在光滑水平面上,滑槽上表面由同一竖直平面内的水平段MP和四分一圆弧段PQ平滑衔接而成。滑槽质量为2m,MN段粗糙、长度为5R,NP段光滑、长度为2R,PQ段光滑、半径为R。距离滑槽右端某处有一固定挡板。质量为m的小滑块以水平速度从M点滑上滑槽,已知小滑块滑至P点时速度为,此时滑槽恰好与挡板碰撞,滑槽与挡板的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短。求:
(1)小滑块滑至P点时滑槽的速度大小,以及滑块与滑槽MN段间的动摩擦因数大小;
(2)滑槽运动前与挡板间的距离x;
(3)若滑槽与挡板碰撞后,立即撤除挡板,试通过分析、计算说明小滑块最终能否停在滑槽上。
【答案】(1),;(2);(3)见解析
【知识点】应用动能定理解多段过程问题、利用动量守恒及能量守恒解决(类)碰撞问题
【详解】(1)从M到P,小滑块与滑槽组成的系统动量守恒,可得
解得
从M点滑上滑槽到小滑块滑至P点的过程中,根据能量守恒定律可得
解得
(2)小滑块从N到P,NP段光滑,小滑块与滑槽的速度不发生变化,小滑块和滑槽运动的时间均为,则满足
解得
则滑槽向右移动的位移
小滑块从M到N,对滑槽进行受力分析,滑槽受到向右的摩擦力,设滑槽的加速度为,则
解得
则小滑块从M到N,滑槽向右移动的位移满足
解得
滑槽运动前与挡板间的距离
(3)若滑槽与挡板碰撞后,立即撤除挡板,滑槽与挡板的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短,则滑槽碰撞后速度反向,速度大小不变,假设小滑块最终能滑出滑槽,则其滑出速度为,此时滑槽的速度为,则碰撞后从P到M小滑块与滑槽组成的系统在水平方向动量守恒,可得
从M点滑上滑槽到小滑块滑至P点的过程中,根据能量守恒定律可得
解得
无解,说明小滑块最终不能滑出滑槽。