Question

如圖所示，光滑的

1

4

圓弧軌道AB、EF，半徑AO、O′F均為9且水平．質(zhì)量為m、長(zhǎng)度也為9的小車靜止在光滑水平面CD上，小車上表面與軌道AB、EF的末端B、E相切．一質(zhì)量為m的物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）從軌道AB的A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，由末端B滑上小車，小車立即向4運(yùn)動(dòng)．當(dāng)小車4端與壁DE剛接觸時(shí)，物體m恰好滑動(dòng)到小車4端且相對(duì)于小車靜止，同時(shí)小車與壁DE相碰后立即停止運(yùn)動(dòng)但不粘連，物體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)滑上圓弧軌道EF，以后又滑下來(lái)沖上小車．求：
（1）水平面CD的長(zhǎng)度；
（2）物體m滑上軌道EF的最高點(diǎn)相對(duì)于E點(diǎn)的高度h；
（3）當(dāng)物體再?gòu)能壍繣F滑下并滑上小車后，小車立即向左運(yùn)動(dòng)．如果小車與壁BC相碰后速度也立即變?yōu)榱悖�最后物體m停在小車上的Q點(diǎn)，則Q點(diǎn)距小車4端多遠(yuǎn)？

Answer 1

（l）設(shè)物體從A滑至B點(diǎn)時(shí)速度為v_多，根據(jù)機(jī)械能守恒，有
mgR=

l

2

mv

2多

設(shè)小車與壁DE剛接觸時(shí)物體及小車達(dá)到的共同速度為v_l，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有
mv_多=2mv_l
設(shè)二者之間摩擦力為f，則
對(duì)物體：-fgs_CD=

l

2

m

v

2l

-

l

2

mv

2多

對(duì)小車：f（s_CD-R）=

l

2

m

v

2l

解3：s_CD=

3

2

R
（2）車與ED相碰后，物體以速度v_l沖上EF，則

l

2

m

v

2l

=mgh，
解3：h=

R

4

（3）由第（l）問(wèn)可求3：f=

l

2

mg，v_l=

gR 2

物體從軌道EF滑下并再次滑上小車后，設(shè)它們?cè)俅芜_(dá)到共同速度為v₂，物體相對(duì)車滑行距離s_l，則mv_l=2mv₂
fs_l=

l

2

m

v

2l

-

l

2

×2m

v

22

，
解3：s_l=

l

4

R
s_l＜R，說(shuō)明在車與BC相碰之前，車與物體達(dá)到相對(duì)靜止，以后一起勻速運(yùn)動(dòng)直到小車與壁BC相碰．車停止后物體將做勻減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)相對(duì)車滑行距離s₂，則
fs₂=

l

2

m

v

22

，
解3：s₂=

l

六

R
所以物體最后距車右端 s_總=s_l+s₂=

3

六

R
答：
（l）水平面CD的長(zhǎng)度為

3

2

R；
（2）物體m滑上軌道EF的最高點(diǎn)相對(duì)于E點(diǎn)的高度h為

R

4

；
（3）當(dāng)物體再?gòu)能壍繣F滑下并滑上小車后，小車立即向左運(yùn)動(dòng)．如果小車與壁BC相碰后速度也立即變?yōu)榱悖�最后物體m停在小車上的Q點(diǎn)，則Q點(diǎn)距小車右端為

3

六

R．