(2012?汕頭二模)一段凹槽B放置在水平面上,槽與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,槽的內(nèi)表面光滑,在內(nèi)表面上有一小球A靠左側(cè)壁放置,此時小球A與槽的右側(cè)壁相距為l,如圖所示.A、B的質(zhì)量均為m.現(xiàn)對槽B施加一個大小等于2mg(g為重力加速度)、方向水平向右的推力F,使B和A一起開始向右運動,當(dāng)槽B運動的距離為d時,立刻將推力撤去,此后A和B發(fā)生相對運動,再經(jīng)一段時間球A與槽的右側(cè)壁發(fā)生碰撞,碰后A和B立刻連在一起運動.
(1)求撤去推力瞬間槽B的速度v的大小
(2)若A碰到槽的右側(cè)壁時,槽已停下,求碰后槽B在水平面上繼續(xù)滑行的距離x.
(3)A碰到槽的右側(cè)壁時,槽可能已停下,也可能未停下,試討論球A相對于槽從左側(cè)壁運動至右側(cè)壁所經(jīng)過的時間t與l和d的關(guān)系.
分析:(1)推力F作用過程中,根據(jù)動能定理求解撤去推力瞬間槽B的速度v的大。
(2)撤去推力F后槽做勻減速運動,小球做勻速運動,若A碰到槽的右側(cè)壁時,槽已停下,根據(jù)動量守恒求解碰后AB共同速度.碰后兩者一起做勻減速運動,由動能定理求解槽B在水平面上繼續(xù)滑行的距離x.
(3)槽向右勻減速運動的過程,根據(jù)牛頓第二定律和運動學(xué)公式得到槽運動的位移與時間的關(guān)系.再討論:當(dāng)球A碰到槽的右側(cè)壁時,槽未停下、已停下時,t與l和d的關(guān)系.
解答:解:(1)推力作用過程,根據(jù)動能定理得
   (F-μ?2mg)d=
1
2
?2mv2

將μ=0.5,F(xiàn)=2mg,代入解得,v=
gd
 
(2)推力撤去后,A球保持勻速運動,A球碰槽的右側(cè)壁時,槽也已停下,碰撞過程動量守恒,則有
 mv=2mv′
碰后,由動能是
-μ?2mgx=0-
1
2
?2mv2

由以上各式得 x=
d
4

(3)槽B向右減速運動過程,由牛頓第二定律和運動學(xué)規(guī)律得
     μ?2mg=ma
    xB=vtB-
1
2
a
t
2
B

    vB=v-atB
球A在槽內(nèi)運動過程做勻速運動,當(dāng)球碰到槽的右側(cè)壁時,A、B間的位移關(guān)系為vt-xB=l
討論:
(1)當(dāng)球A球碰到槽的右側(cè)壁時,槽未停下,則tB=t,且vB>0,可解得球A從離開槽的左側(cè)壁到碰撞右側(cè)壁所經(jīng)過的時間
    t=
2l
g
,相應(yīng)的條件是 l
d
2

(2)當(dāng)球A球碰到槽的右側(cè)壁時,槽已停下,則vB=0,可解得球A從離開槽的左側(cè)壁到碰撞右側(cè)壁所經(jīng)過的時間
t=
gd
2g
+
l
gd
,相應(yīng)的條件是 l≥
d
2

答:
(1)撤去推力瞬間槽B的速度v的大小
(2)若A碰到槽的右側(cè)壁時,槽已停下,求碰后槽B在水平面上繼續(xù)滑行的距離x等于
d
4

(3)A碰到槽的右側(cè)壁時,槽可能已停下,也可能未停下,球A相對于槽從左側(cè)壁運動至右側(cè)壁所經(jīng)過的時間t與l和d的關(guān)系為:
(1)當(dāng)球A球碰到槽的右側(cè)壁時,槽未停下,則tB=t,且vB>0,可解得球A從離開槽的左側(cè)壁到碰撞右側(cè)壁所經(jīng)過的時間
t=
2l
g
,相應(yīng)的條件是 l
d
2

(2)當(dāng)球A球碰到槽的右側(cè)壁時,槽已停下,則vB=0,可解得球A從離開槽的左側(cè)壁到碰撞右側(cè)壁所經(jīng)過的時間
t=
gd
2g
+
l
gd
,相應(yīng)的條件是 l≥
d
2
點評:本題是復(fù)雜的力學(xué)綜合題,分析物體的運動過程,選擇解題規(guī)律是關(guān)鍵.對于A與B碰撞問題,可理解追及問題,根據(jù)位移、時間、速度關(guān)系進行分析.
練習(xí)冊系列答案
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    (1)導(dǎo)軌對桿ab的阻力大小f

    (2)桿ab中通過的電流及其方向.

    (3)導(dǎo)軌左端所接電阻的阻值R

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