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如图,木板A静止在光滑水平面上,其左端与固定台阶相距x.与滑块B(可视为质点)相...

如图,木板A静止在光滑水平面上,其左端与固定台阶相距x.与滑块B(可视为质点)相连的细线一端固定在O点.水平拉直细线并给B一个竖直向下的初速度,当B到达最低点时,细线恰好被拉断,B从A右端的上表面水平滑入.A与台阶碰撞无机械能损失,不计空气阻力.
已知A的质量为2m,B的质量为m,A、B之间动摩擦因数为μ;细线长为L、能承受的最大拉力为B重力的5倍;A足够长,B不会从A表面滑出;重力加速度为g.
(1)求B的初速度大小v和细线被拉断瞬间B的速度大小v1
(2)A与台阶只发生一次碰撞,求x满足的条件
(3)x在满足(2)条件下,讨论A与台阶碰撞前瞬间的速度.

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(1)根据机械能守恒定律、结合牛顿第二定律,通过绳子的最大拉力求出B的初速度大小v和细线被拉断瞬间B的速度大小v1. (2)若A与台阶只碰撞一次,碰撞后必须满足A的动量大小大于B的动量,结合动能定理求出A与台阶只能碰撞一次的条件. (3)根据动量守恒定律求出A左端到台阶板前瞬间,A、B恰好达到共同速度木板A移动的位移x,然后分情况讨论,当x≥x物块与木板共速后与台阶碰撞,当x>x物块与木板共速前与台阶碰撞,根据动量守恒定律结合动能定理求出A与台阶碰撞前瞬间的速度. 【解析】 (1)滑块B从释放到最低点,机械能守恒,有: …① 在最低点,由牛顿运动定律: …② 又:T=5mg…③ 联立①②③得:,   (2)设A与台阶碰撞前瞬间,A、B的速度分别为vA和vB,由动量守恒 mv1=mvB+2mvA…④ 若A与台阶只碰撞一次,碰撞后必须满足:…⑤ 对A应用动能定理:…⑥ 联立④⑤⑥解得:,…⑦ 即A与台阶只能碰撞一次的条件是:. (3)设x=x时,A左端到台阶板前瞬间,A、B恰好达到共同速度vAB, 由动量守恒  mv1=(m+2m)vAB…⑧ 对A应用动能定理:…⑨ 联立⑧⑨得:…⑩ (i)当x≥x即时,AB共速后A与挡板碰撞. 由⑧可得A与台阶碰撞前瞬间的速度:…⑩ (ii)当即时,AB共速前A就与台阶碰撞, 对A应用动能定理: A与台阶碰撞前瞬间的速度: 答:(1)B的初速度大小,细线被拉断瞬间B的速度大小. (2)A与台阶只发生一次碰撞,求x满足的条件. (3)时,A与台阶碰撞前瞬间的速度,时,A与台阶碰撞前瞬间的速度.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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