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,从$A$点以某一水平速度$v_{0}$抛出质量$m=2\;\rm kg$的小物块(可视为质点),当物块运动至$B$点时,恰好沿切线方向进入圆心角$∠BOC=37^\circ $的粗糙固定圆弧轨道$BC$,经圆弧轨道克服摩擦力做功$W=19\;\rm J$后,滑上与$C$点等高、静止在光滑水平面上的长木板,圆弧轨道$C$端的切线水平。已知长木板的质量$M=1\;\rm kg$,$A$点距$C$点的高度$H=0.6\;\rm m$,圆弧轨道半径$R=0.75\;\rm m$,物块与长木板间的动摩擦因数$\mu =0.3$,$g=10\;\rm m/s^{2}$,$\sin 37^\circ =0.6$,$\cos 37^\circ=0.8$求:

小物块在$A$点抛出时的速度大小;
$v_{0}=4\\;\\rm m/s$
"]]由几何关系可知$h=R(1-\cos 37^\circ )$
解得$h=\dfrac{3}{20}\ \text{m}$
物块从$A$到$B$的过程,竖直方向列运动学关系式$v_{y}^{2}=2g(H-h)$
即可得竖直分速度$v_{y}=3\;\rm m/s$
由几何关系可知,其分速度、合速度关系如下图

由题意可知物块恰好沿切线进入圆弧轨道,即可知其水平分速度、竖直分速度、合速度满足$\tan 37{{^\circ}}=\dfrac{v_{y}}{v_{0}}$
解得其初速度为$v_{0}=4\;\rm m/s$
小物块滑至圆弧轨道$C$点时的向心加速度大小;
$a_{nc}=12\\;\\rm m/s^{2}$
"]]物块从$B$到$C$的过程,由动能定理$mgh-W=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}- \dfrac{1}{2}mv_{B}^{2}$
解得其到达$C$点时的速度为$v_{C}=3\;\rm m/s$
由$a_{\text{n}c}=\dfrac{v_{C}^{2}}{R}=12\;\rm \text{m/s}^{\text{2}}$
为保证小物块不滑出长木板,长木板至少为多长?
$L=0.5\\;\\rm m$
"]]以水平向右为正方向,物块和长木板作为整体,在水平方向不受外力,即水平方向动量守恒$mv_{C}=(m+M)v$
解得共同速度为$v=2\;\rm m/s$
由能量守恒$\mu mgL=\dfrac{1}{2}mv_{C}^{2}-\dfrac{1}{2} \times (m+M)v^{2}$
可得长木板的最小长度为$L=0.5\;\rm m$
| 动量守恒之木板滑块模型题目答案及解析(完整版)