如图所示,在距水平地面高h1=1.2m的光滑水平台面上,一个质量m=1k

如图所示,在距水平地面高h11.2m的光滑水平台面上,一个质量m1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存了一定量的弹性势能Ep。现打开锁扣K,物块与弹簧分离后将以一定的水平速度v1向右滑离平台,并恰好从B点沿切线方向进入光滑竖直的圆弧轨道BC。已知B点距水平地面的高h20.6m,圆弧轨道BC的圆心O与水平台面等高,C点的切线水平,并与水平地面上长为L2.8m的粗糙直轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞,重力加速度g10m/s2,空气阻力忽略不计。试求:

1)小物块由AB的运动时间.

2)压缩的弹簧在被锁扣K锁住时所储存的弹性势能Ep.

3小物块与墙壁碰撞后速度反向、大小变为碰前的一半,且只会发生一次碰撞,那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应该满足怎样的条件.

 

 

 

 

答案

小物块由A运动到B的过程中做平抛运动,在竖直方向上根据自由落体运动规律可知,

小物块由A运动到B的时间为:ts≈0.346s                2分)

根据图中几何关系可知,h2h11cos∠BOC),解得∠BOC60°        1分)

根据平抛运动规律有:tan60°  解得:v12m/s                2分)

根据能的转化与守恒可知,原来压缩的弹簧储存的弹性势能为:Epmv122J  1分)

依据题意知,μ的最大值对应的是物块撞墙前瞬间的速度趋于零,根据能量关系有:

mgh1EpμmgL   代入数据解得:μ                           2分)

对于μ的最小值求解,首先应判断物块第一次碰墙后反弹,能否沿圆轨道滑离B点,设物块碰前在D处的速度为v2,由能量关系有:mgh1EpμmgLmv22

第一次碰墙后返回至C处的动能为:EkCmv22μmgL  可知即使μ0,有:

mv2214J    mv223.5Jmgh26J,小物块不可能返滑至B      2分)

μ的最小值对应着物块撞后回到圆轨道最高某处,又下滑经C恰好至D点停止,因此有:mv222μmgL  联立解得:μ                              1分)

综上可知满足题目条件的动摩擦因数μ值:μ  1分)

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