1、计算题 如图所示,质量为M的木板长为L,木板的两个端点分别为A、B,中点为O,木板置于光滑的水平面上并以v0的水平初速度向右运动。若把质量为m的小木块(可视为质点)置于木板的B端,小木块的初速度为零,最终小木块随木板一起运动。小木块与木板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。求:
(1)小木块与木板相对静止时,木板运动的速度;
(2)从小木块放上木板到它与木板相对静止的过程中,木板运动的位移;
(3)小木块与木板间的动摩擦因数μ的取值在什么范围内,才能使木块最终相对于木板静止时位于OA之间。
参考答案:解:(1)小木块在木板上滑动直至相对静止的过程中系统动量守恒,设相对静止时共同速度为v,则
?①
解得 ②
(2)从小木块放上木板到它与木板相对静止的过程中,设木板运动的位移为x,对木板应用动能定理
?③
又因为 ④
解得
(3)设小木块恰好相对静止在A点,对系统由能量守恒和功能关系可得:
⑤
由①、④、⑤三个方程解得
设小木块恰好相对静止在O点,对系统由能量守恒和功能关系可得:
?⑥
由①、④、⑥三个方程解得
所以要使木块m最终滑动到OA之间,μ值应取为≥μ ≥(不等式中用大于号表示也算正确)
本题解析:
本题难度:困难
2、简答题 如图所示,质量为0.4kg的木块以2m/s的速度水平地滑上静止的平板小车,车的质量为1.6kg,木块与小车之间的摩擦系数为0.2(g取10m/s2)。设小车足够长,求:
(1)木块和小车相对静止时小车的速度。
(2)从木块滑上小车到它们处于相对静止所经历的时间。
(3)从木块滑上小车到它们处于相对静止木块在小车上滑行的距离。
参考答案:(1)0.4m/s
(2)0.8s
(3)0.8m
本题解析:(1)以木块和小车为研究对象,系统所受合外力为零,系统动量守恒,以木块速度方向为正方向,由动量守恒定律可得:
木块m?小车M
初:v0="2m/s?" ?v0=0
末:v?v
即mv0=(M+m)v,
得。
(2)再以木块为研究对象,其受力情况如图所示,由动量定理可得:
。
(3)木块做匀减速运动,加速度,
车做匀加速运动,加速度,由运动学公式可得:
vt2-v02=2as,
在此过程中木块的位移,
车的位移,
由此可知,木块在小车上滑行的距离为ΔS=S1-S2=0.8m,即为所求。
另解:设小车的位移为S2,则A的位移为S1+ΔS,ΔS为木块在小车上滑行的距离,那么小车、木块之间的位移差就是ΔS,作出木块、小车的v-t图线如图所示,则木块在小车上的滑行距离数值上等于图中阴影部分的三角形的“面积”。
本题难度:简单
3、计算题 (9分)我国北方遭受了严重的冰雪灾害,很多公路路面结冰,交通运输受到了很大影响.某校一学习小组为了研究路面状况与物体滑行距离之间的关系,做了模拟实验.他们用底部贴有轮胎材料的小物块A、B分别在水泥面上和冰面上做实验,A的质量是B的4倍.使B静止,A在距B为L处,以一定的速度滑向B.实验结果如下:在水泥面上做实验时,A恰好未撞到B;在冰面上做实验时,A撞到B后又共同滑行了一段距离,测得该距离为.
对于冰面的实验,请你与他们共同探讨以下二个问题:
①A碰撞B前后的速度之比;
②要使A与B不发生碰撞,A、B间的距离至少是多大?
参考答案:(1)5/4(2)1.5L
本题解析:①设A物体碰撞B物块前后的速度分别为v1和v2,碰撞过程中动量守恒,mAv1=(mA+mB)v2,代入数据得:v1/v2=5/4。
②设物块A的初速度为v0,轮胎与冰面的动摩擦因数为μ,A物块与B物块碰撞前,根据动能定理:-4μmgL=;碰后,对两物块共同滑动过程中根据动能定理:-μ(4m+m)gl=;又v1/v2=5/4,l=得:v02=3μgL;
设在冰面上A物块距离B物块为时,A物块与B物块不相碰,则:,解得=1.5L。
本题考查碰撞过程中的动量守恒定律,在A与B碰撞前后动量守恒,找到初末状态根据动量守恒公式列式求解,在A与B碰撞前应用动能定理,克服摩擦力做功等于动能的减小量,由此可求得初速度表达式,由碰后两个物体应用动能定理可求得物体A的初速度
本题难度:一般
4、简答题 如图所示,滑块A、B的质量分别为
m1与m2,m1<m2,由轻质弹簧相连接置于水平的气垫导轨上,用一轻绳把两滑块拉至最近,使弹簧处于最大压缩状态后绑紧。
两滑块一起以恒定的
速率v0向右滑动.突然轻绳断开.当弹簧伸至本身的自然长度时,滑块A的速度
正好为0.求:
小题1:绳断开到第一次恢复自然长度的过程中弹簧释放的弹性势能Ep;
小题2:在以后的运动过程中,滑块B是否会有速度为0的时刻?试通过定量分析证明你的结论.
参考答案:
小题1:Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.
小题2:不可能
本题解析:
小题1:当弹簧处压缩状态时,系统的机械能等于两滑块的动能和弹簧的弹性势能之和,当弹簧伸长到自然长度时,弹性势能为0,因这时滑块A的速度为0,故系统的机械能等于滑块B的动能.设这时滑块B的速度为v,则有E=m2v2/2.
因系统所受外力为0,由动量守恒定律
(m1+m2)v0=m2v.
解得E=(m1+m2)2v02/(2m2).
由于只有弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒
(m1+m2)v02/2+Ep=E.
解得Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.
小题2:假设在以后的运动中滑块B可以出现速度为0的时刻,并设此时A的速度为v1,弹簧的弹性势能为E′p,由机械能守恒定律得
m1v12/2+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.
根据动量守恒得(m1+m2)v0=m1v1,
求出v1代入上式得:
(m1+m2)2v02/2m1+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.
因为E′p≥0,故得:
(m1+m2)2v02/2m1≤(m1+m2)2v02/2m2
即m1≥m2,这与已知条件中m1<m2不符.
可见在以后的运动中不可能出现滑块B的速度为0的情况.
本题难度:一般
5、简答题
径R=0.3m。在水平轨道上有大小相同的两小球A、B,B球质量mB=0.2kg,A球质量
mA=0.1kg。开始时,B球静止在水平轨道上,A球以v0=5m/s的速度向右运动与B球
正碰,碰后B球运动到圆弧轨道的最高点F时,对轨道的压力恰好为零。试求碰撞后
A球的速度。(重力加速度g取10m/s2)
参考答案:一1m/s
本题解析:设两球碰撞后,球的速度分别为、
由动量守恒定律得:?①(4分)
设B球在最高点的速度为,由牛顿第二定律得:?②(4分)
碰后B球运动到F点的过程中,由动能定理得:?③(4分)
②代人③得:3 m/s?(2分)
代入①可得:一1m/s?(1分)
方向水平向左?(1分)
本题难度:一般