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(2009•黄冈模拟)如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的平板车,车的上表面右侧是一段长L=1.0m的水平轨道

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/11/05 23:33:29
(2009•黄冈模拟)如图所示,光滑水平面上有一质量M=4.0kg的平板车,车的上表面右侧是一段长L=1.0m的水平轨道,水平轨道右端固定一个尺寸可以忽略、处于锁定状态的压缩弹簧,弹簧的弹性势能Ep=6J;水平轨道左侧连结着半径R=0.25m的1/4光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O点相切,竖直的左侧紧靠在竖直墙壁上.在A点正上方,一质量m=1.0kg的小物块无初速下落,并从A点切入圆弧轨道,小物块与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5.当小物块和弹簧碰撞时弹簧锁定瞬间解除,弹性势能瞬间释放.若小物块能再次通过O点,则小物块在A点正上方至少多高下落?g取10m/s2
设小物块从离A点h高处下落,运动到O点的速度大小为v0
在该过程中,平板车保持静止,对小物块有:mg(h+R)=
1
2m
v20①
小物块运动至O点恰能运动到和弹簧接触,此时共同速度为v共1,对小物快和平板车有:mv0=(m+M)v共1

1
2m
v20=
1
2(m+M)
v2共1+μmgL③
由①-③得:h=0.375m                                                
即满足h>0.375m才能保证小物块能运动至与弹簧碰撞,
小物块与弹簧碰撞后,设小物块恰能运动至O点,在小物块两次经过O点过程中对小物快和平板车有:mv0=(m+M)v共2

1
2m
v20+Ep=
1
2(m+M)
v2共2+2μmgL⑤
由①④⑤得:h=0.25m<0.375m                                          
即至少满足h=0.375m才能保证小物块能再次运动至O点                    
答:小物块在A点正上方至少0.375m下落才能保证小物块能再次运动至O点.