Question

（12分）一個(gè)平板小車(chē)置于光滑水平面上，其右端恰好和一個(gè)光滑圓弧軌道AB的底端等高對(duì)接，如圖所示．已知小車(chē)質(zhì)量M＝3.0 kg，長(zhǎng)L＝2.06 m，圓弧軌道半徑R＝0.8 m．現(xiàn)將一質(zhì)量m＝1.0 kg的小滑塊，由軌道頂端A點(diǎn)無(wú)初速釋放，滑塊滑到B端后沖上小車(chē)．滑塊與小車(chē)上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.3 (取g＝10 m/s²)，求：

(1)滑塊到達(dá)B端時(shí)，軌道對(duì)它支持力的大小
(2)小車(chē)運(yùn)動(dòng)1.5 s時(shí)，車(chē)右端距軌道B端的距離
(3)滑塊與車(chē)面間由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能

Answer 1

（1）30 N（2）1 m（3）6 J

(1)滑塊從A端下滑到B端，由動(dòng)能定理得mgR＝mv₀²-0      （2分）
在B點(diǎn)由牛頓第二定律得F_N－mg＝                                  （2分）
解得軌道對(duì)滑塊的支持力F_N＝3 mg＝30 N                                  （1分）
(2)滑塊滑上小車(chē)后，由牛頓第二定律
對(duì)滑塊：－μmg＝ma₁，得a₁＝－3 m/s²                                     （1分）
對(duì)小車(chē)：μmg＝Ma₂，得a₂＝1 m/s²                                         （1分）
設(shè)經(jīng)時(shí)間t后兩者達(dá)到共同速度，則有v₀＋a₁t＝a₂t
解得t＝1 s 
由于t＝1 s<1.5 s，
故1 s后小車(chē)和滑塊一起勻速運(yùn)動(dòng)，速度v＝1 m/s                           （1分）
因此，1.5 s時(shí)小車(chē)右端距軌道B端的距離為s＝a₂t²＋v(1.5－t)＝1 m    （1分）
(3)滑塊相對(duì)小車(chē)滑動(dòng)的距離為Δs＝t－t＝2 m               （1分）
所以產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝μmgΔs＝6 J                                          （2分）
本題考查對(duì)牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用，由A到B時(shí)應(yīng)用動(dòng)能定理列式可求出物體在B點(diǎn)的速度，在B點(diǎn)合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律可求出此時(shí)物體受到的支持力，物體滑上小車(chē)后所受摩擦力向右，物體向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，反之小車(chē)向左最勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩者達(dá)到共同速度時(shí)求出時(shí)間為1s，所以在1.5s時(shí)刻兩者以勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)小車(chē)勻加速和勻速兩個(gè)過(guò)程求解車(chē)右端距軌道B端的距離