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如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨

物理试题 05-15
如图所示装置由ABBCCD三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道ABCD段是光滑的,水平轨道BC的长度s=5 m,轨道CD足够长且倾角θ=37°,AD两点离轨道BC的高度分别为h1=4.30 m、h2=1.35 m。现让质量为m的小滑块自A点由静止释放。已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
 
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;
(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。
【答案】(1)3 m/s (2)2 s (3)1.4 m
【解析】(1)小滑块从ABCD过程中,由动能定理得:
mg(h1-h2)-μmgs=2(1)mvD2-0
代入数据解得:vD=3 m/s。
(2)小滑块从ABC过程中:
由动能定理得mgh1-μmgs=2(1)mvC2-0
代入数据解得vC=6 m/s
小滑块沿CD段上滑的加速度大小agsin θ=6 m/s2
小滑块沿CD段上滑到最高点的时间t1=a(vC)=1 s
由对称性可知小滑块从最高点滑回C点的时间
t2=t1=1 s
故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔
tt1+t2=2 s。
(3)对小滑块运动全过程应用动能定理,设小滑块在水平轨道上运动的总路程为s总,有:mgh1-μmgs总=0
代入数据解得:s总=8.6 m
故小滑块最终停止的位置距B点的距离为:
2ss总=1.4 m。
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