(16分)如圖所示,P是固定的豎直擋板,A是置于光滑平面上的平板小車(小車表面略低于擋板下端),B是放在小車最左端表面上的一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊。開始時(shí),物塊隨小車一起以相同的水平速度v向左運(yùn)動(dòng),接著物塊與擋板發(fā)生了第一次碰撞,碰后物塊相對(duì)于車靜止時(shí)的位置離小車最左端的距離等于車長(zhǎng)的,此后物塊又與擋板發(fā)生了多次碰撞,最后物塊恰好未從小車上滑落。若物塊與小車表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是個(gè)定值,物塊與擋板發(fā)生碰撞時(shí)無(wú)機(jī)械能損失且碰撞時(shí)間極短,試確定小車與物塊的質(zhì)量關(guān)系。
解析:
設(shè)小車、物塊的質(zhì)量分別為M和m,車長(zhǎng)為L,物塊與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,初速度為.第一次碰后由于無(wú)機(jī)械能損失,因此物塊的速度方向變?yōu)橄蛴遥笮∪詾?IMG height=24 src='http://thumb.1010pic.com/pic1/img/20091105/20091105194356002.gif' width=17>,此后它與小車相互作用,兩者速度相等為v時(shí)(由題意知,此速度方向必向左,即必有M> m ),該次相對(duì)車的最大位移為l,對(duì)物塊、小車系統(tǒng)由動(dòng)量守恒定律有,由能量守恒定律有。
多次碰撞后,物塊恰未從小車的上表面滑落,表明最后當(dāng)物塊運(yùn)動(dòng)到小車最右端時(shí)兩者剛好同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)(或者速度同時(shí)趨于零)。對(duì)物塊、小車系統(tǒng)由能量守恒定律有
,而,
由以上各式得
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