稿件来源:高途
| 绳、杆的关联速度问题题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第五章 曲线运动
5.1 曲线运动
绳、杆的关联速度问题
一抛物线形状的光滑固定导轨竖直放置,$O$为抛物线导轨的顶点,$O$点离地面的高度为$h$,$A$、$B$两点相距$2h$,轨道上套有一个小球$M$,小球$M$通过轻杆与光滑地面上的小球$N$相连,两小球的质量均为$m$,轻杆的长度为$2h$。现将小球$M$从距地面竖直高度为$\dfrac{3}{4}h$处静止释放,下列说法正确的是$(\qquad)$
小球$M$即将落地时,它的速度方向与水平面的夹角为$30^\\circ$
","小球$M$ 即将落地时,它的速度方向与水平面的夹角为$60^\\circ$
","从静止释放到小球$M$即将落地,轻杆对小球$N$ 做的功为$\\dfrac{1}{4}mgh$
","若小球$M$ 落地后不反弹,则地面对小球$M$ 的作用力的冲量大小为$m\\sqrt{gh}$
"]$\rm AB$、小球$M$ 即将落地时,它的速度方向与抛物线轨道相切,根据平抛规律的推论可知,小球$M$ 的速度方向与水平方向的夹角满足:$\tan\theta = \dfrac{h}{\dfrac{2h}{2}} = 1$
所以可得:$\theta=45^\circ$,故$\rm AB$错误;
$\rm C$、设小球 $M$ 即将落地时,速度大小为$v_{1}$,小球$N$的速度大小为 $v_{2}$,根据系统机械能守恒有$\dfrac{3}{4}mgh = \dfrac{1}{2}mv_{1}^{2} + \dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}$
小球 $M$ 与小球 $N$沿杆方向的速度相等,有:$v_{1}\cos\theta=v_{2}$
解得:$v_{1} = \sqrt{gh},v_{2} = \sqrt{\dfrac{gh}{2}}$
根据动能定理可得,从静止释放到小球 $M$ 即将落地,轻杆对小球 $N$ 做的功为:$W_{杆} = \dfrac{1}{2}mv_{2}^{2} = \dfrac{1}{4}mgh$,故$\rm C$正确;
$\rm D$、小球 $M$ 落地与地面相互作用的过程中不反弹,以竖直向上方向为正,根据动量定理有:$I_{地}+I_{G}+I_杆+I_{轨}=0-(- m\sqrt{gh})$,由于轨道、轻杆对小球有作用力,且小球$M$ 有重力,所以|$I_{地}|\gt |I_{合}|= m\sqrt{gh}$,故$\rm D$错误。
故选:$\rm C$。
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