如图,在高h1=30m的光滑水平平台上,质量m1=1kg的小物块以1水平速度v1与质量m2=2kg的静止小物块2正碰,碰后合为一个小物块3;小物块3做平抛运动,恰从光滑圆弧形轨道BC的B点的切线方向进入圆弧形轨道,B点的高度h2=15m,圆弧轨道的圆O与平台等高,轨道最低点C的切线水平,并与地面上长为L=70m的水平粗糙轨道CD平滑连接;小物块3沿轨道BCD运动与右边墙壁发生碰撞。g=10m/s2。求:
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(1)小物块1的水平速度v1的大小?(5分)
(2)若小物块3与墙壁只发生一次碰撞,碰后速度等大反向,没有冲出B点,最后停在轨道CD上的某点p(p点没画出)。设小物块3与轨道CD之间的动磨擦因数为μ,求μ的取值范围。(7分)
略
解析:解:(1)由于h1=30m,h2=15m,所以∠BOC=60º。
设小物块3的水平速度是v3,从A运动到B的时间为t,则
……………………………………………(1分)
…………………………………………… (1分)
解得v3=10m/s
m1v1=(m1+m2)v3 ………………………………………… (2分)
解得v1=30m/s ……………………………………………(1分)
(2)设小物块3在水平轨道上通过的路程为s,设m=m1+m2,由能量守恒有
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根据题意,路程的最大值是smax=3L …………………… (1分)
路程的最小值是smin=L …………………… (1分)
路程的最大时,动摩擦因数最小,路程的最小时,动摩擦因数最大,即
………………………………… (2分)
………………………………… (2分)
解得μmax=
,μmin=
即
<μ<
……………………………… 1分)