如图所示,Q为一个原来静止在光滑水平面上的物体,质量为M,它带有一个凹形的不光滑轨道,轨道的ab段是水平的,bc段是半径为R的
圆弧,位于竖直平面内。P是另一个小物体,质量为m,它与轨道间的动摩擦因数为μ。物体P以沿水平方向的初速度v0冲上Q的轨道,已知它恰好能到达轨道顶端c点,后又沿轨道滑下,并最终在a点停止滑动,然后与Q一起在水平面上运动。
(1)分别求出P从a点滑到c点和从c点滑回a点的过程中各有多少机械能转化为内能?
(2)P位于轨道的哪个位置时,Q的速度达到最大?
(1)当P在Q上滑行时,水平方向系统受合外力为零,故在水平方向系统动量守恒。当P到达c点时,P和Q具有共同的水平速度V。根据动量守恒定律,
mv0 = (m+M) V (1)
P由a点滑到c点的过程中,系统损失的机械能转化为内能,则根据功能关系
(2)
由(1)、(2)两式得
④
当P到达c点时,P和Q仍具有共同的水平速度V。所以在P由c点滑回到a点的过程中,有 ![]()
即 Q下=mgR ②
(2)在P从a滑到c的过程中,P对Q的作用力都偏向右侧,因此Q受到向右的作用力,Q将一直加速,到达c点时P、Q间无相互作用;从c滑到b的过程中,P的受力分析示意图如右图所示,其中支持力N偏向左侧,摩擦力f偏向右侧。这个过程的前一阶段,P受到的合外力的水平分力向左,则Q受到合力的水平分力向右,Q将继续加速,当P在水平方向受力平衡的时刻,就是Q速度最大的时刻。 ④
此时满足 f cosθ= N sinθ
并且 f = μN
因此得 tanθ=μ
即P所在位置的半径与竖直方向的夹角为 θ=arc tanμ。 ④
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| B |
| 4 |
| B |
| 2 |
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如图所示. 半径分别为a 、b的两同心虚线圆所围空间分别存在电场和磁场,中心O处固定一个半径很小(可忽略不计)的金属球,在小圆空间内存在沿半径向内的辐向电场,小圆周与金属球间电势差U,两圆之间存在垂直于纸面向里的匀强磁场,设有一个带负电的粒子从金属球表面沿x轴正方向以很小的初速度逸出,粒子质量为m,电荷量为q.(不计粒子的重力,忽略粒子逸出的初速度)
试求:(1)粒子到达小圆周上时的速度为多大?
(2)粒子以(1)中的速度进入两圆间的磁场中,当磁感应强超过某一临界值时,粒子将不能到达大圆周,求此磁感应强度的最小值B.
(3)若当磁感应强度取(2)中最小值,且
时,粒子运动一段时间后恰好能沿x轴负方向回到原出发点,求粒子从逸出到第一次回到原出发点的过程中,在磁场中运动的时间.(设粒子与金属球正碰后电量不变且能以原速率原路返回)
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(2013上海徐汇测试)如图所示,倾角为q的斜面底端固定一个垂直斜面的弹性挡板P,假设斜面表面有一层特殊绒毛可以使物块A在沿斜面上升过程中不受摩擦力,而在沿斜面下滑过程中受到摩擦力作用。现使物块A从挡板处以v0=2 m/s的初速度出发,沿斜面向上运动,经过1 s到达最高点,然后下滑,经过2 s又回到挡板处。假设物块与挡板碰后以原速率反弹(取g=10 m/s2)。试求物块从出发到最后停止运动所经历的总时间和总路程。
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(2013上海徐汇测试)如图所示,倾角为q的斜面底端固定一个垂直斜面的弹性挡板P,假设斜面表面有一层特殊绒毛可以使物块A在沿斜面上升过程中不受摩擦力,而在沿斜面下滑过程中受到摩擦力作用。现使物块A从挡板处以v0=2 m/s的初速度出发,沿斜面向上运动,经过1 s到达最高点,然后下滑,经过2 s又回到挡板处。假设物块与挡板碰后以原速率反弹(取g=10 m/s2)。试求物块从出发到最后停止运动所经历的总时间和总路程。
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