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如图所示,在光滑的水平地面上,质量为M=3.0kg的长木板A的左端,叠放着一个质量为m=1.0kg的小物块B(可视为质点),处于静止状态,小物块与木板之间的动摩擦因数μ=0.30。在木板A的左端正上方,用长为R=0.8m的不可伸长的轻绳将质量为m=1.0kg的小球C悬于固定点O点。现将小球C拉至上方使轻绳拉直且与水平方向成θ=30°角的位置由静止释放,到达O点的正下方时,小球CB

发生碰撞且无机械能损失,空气阻力不计,取g=10m/s2. 求:

⑴ 小球C与小物块B碰撞前瞬间轻绳对小球的拉力;

    ⑵ 木板长度L至少为多大时,小物块才不会滑出木板.

答案

⑴35N  (2)2.5m 


解析:

⑴ 静止释放后小球做自由落体运动到a,由机械能守恒定律得

           ①

轻绳被拉紧瞬间,沿绳方向的速度变为0,沿圆周切线方向的速度为

           ②

小球由a点运动到最低点b点过程中机械能守恒

        ③

设小球在最低点受到轻绳的拉力为F,则

               ④

联立解得N           ⑤

⑵ 小球与B碰撞过程中动量和机械能守恒,则

                        ⑥

                  ⑦

解得 v1=0,v2=vb=              ⑧

B在木板A上滑动,系统动量守恒,设B滑到木板A最右端时速度为v,则

                 ⑨

B在木板A上滑动的过程中,系统减小的机械能转化为内能,由能量守恒定律得

       ⑩    

代入数据解得L=2.5m                  ⑾

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