稿件来源:高途
| 动量守恒之木板滑块模型题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-5
第十六章 动量守恒定律
16.3 动量守恒定律
动量守恒之木板滑块模型
如图所示,质量为$2\;\rm kg$的小球$A$(视为质点),在长度均为$1.6\;\rm m$的细绳$O^\prime P$和$OP$作用下处于平衡状态,$O^\prime P$、$OP$与竖直方向的夹角均为$60^\circ$。质量为$6\;\rm kg$的足够长的木板$B$静止在光滑水平面上,质量为$2\;\rm kg$的物块$C$(视为质点)静止在$B$的左端,$C$与$B$之间的动摩擦因数为$\mu =0.25$,剪断细绳$O^\prime P$,小球$A$开始运动,重力加速度$g$取$10\;\rm m/s^{2}$。

求小球$A$运动到最低点时对细绳$OP$的拉力大小;
$40\\;\\rm N$
"]]对$A$从释放到最低点的过程中,由动能定理:$m_{A}gL(1-\cos60{^\circ})= \dfrac{1}{2}m_{A}v_{A}^{2}$,可得$A$到最低点时的速度大小为:$v_{A}=4\;\rm m/s$;
由圆周运动的受力特点,可知细绳对物体$A$的拉力大小满足:$T-m_{A}g=m_{A}\dfrac{v_{A}^{2}}{L}$,
根据相互作用力的关系$T=T^\prime$,可知球$A$对细绳的拉力大小$T^\prime$为$40\;\rm N$;
当小球$A$运动到最低点时,恰好与$C$发生弹性正碰(碰撞时间极短),求碰后$C$的速度大小;
$4\\;\\rm m/s$
"]]由弹性碰撞的特点,以水平向右为正方向,根据动量守恒可得:$m_{A}v_{A}=m_{A}v_{A}^\prime+m_{C}v_{C}$,
由动能不损失:$\dfrac{1}{2}m_{A}v_{A}^{2}=\dfrac{1}{2}m_{A}(v_{A}')^{2}+\dfrac{1}{2}m_{C}v_{C}^{2}$,解得碰后$C$的速度大小为:$v_{C}=4\;\rm m/s$;
小球$A$与物块$C$碰后,$C$相对$B$滑行的距离$L_{相对}$。
$2.4\\;\\rm m$
"]]由$B$足够长,可知$BC$会共速;
以水平向右为正方向,根据动量守恒:$m_{C}v_{C}=(m_{C}+m_{B})v$,
由动能定理:$- \mu m_{C}gL_{相对}=\dfrac{1}{2}(m_{C}+m_{B})v^{2}-\dfrac{1}{2}m_{C}v_{C}^{2}$,可得$C$相对$B$滑行的距离为:$L_{相对}=2.4\;\rm m$。
| 动量守恒之木板滑块模型题目答案及解析(完整版)