Question

【題目】水平地面上固定豎直面內(nèi)半徑為R=2.75m的光滑圓弧槽，圓弧對應的圓心角為，槽的右端與質量為m=1kg、長度為L=2m且上表面水平的木板相切，槽與木板的交接處靜止著質量為m1=2kg和m2=1kg的兩個小物塊（可視為質點）。現(xiàn)點燃兩物塊之間的炸藥，使兩物塊都獲得水平速度，此后m2沿圓弧運動，離開槽后在空中能達到的最大高度為h=0.45m。已知m1與木板間的動摩擦因數(shù)為，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。，g=10m/s2，求：

(1)物塊m2到圓弧左端時的速率；

(2)木板從開始運動到停下的過程中與地面因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q。

Answer 1

【答案】（1）5m/s；（2）3J

【解析】

(1)對圓槽左端的速度進行分解

物塊離開圓槽左端豎直方向做勻減速運動

代入數(shù)據(jù)得

(2)設爆炸后、獲得速率為、，由動量守恒得

運動到圓槽左端過程中機械能守恒

解得

向右加速，加速度設為，向右加速，加速度設為

對有

對有

解得

設經(jīng)過時間達到共同速度共，則有

代入數(shù)據(jù)得

，

此過程中的位移

板的位移

相對位移

故未脫離木板，假設它們一起做減速運動直到靜止，根據(jù)牛頓第二定律則有

可得

由于，故假設成立，設此后木板發(fā)生的位移為

由運動學規(guī)律有

代入數(shù)據(jù)得

整個過程中，木板與地面間因摩擦而產(chǎn)生的熱量

代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得