Question

8．如圖所示，固定的長直水平軌道MN與位于豎直平面內(nèi)的光滑半圓軌道相接，圓軌道半徑為R，PN恰好為該圓的一條豎直直徑．可視為質(zhì)點的物塊A和B緊靠在一起靜止于N處，物塊A 的質(zhì)量m_A=2m，B的質(zhì)量m_B=m，兩物塊在足夠大的內(nèi)力作用下突然分離，分別沿軌道向左、右運動，物塊B恰好能通過P點．已知物塊A與MN軌道間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，求：
（1）物塊B運動到P點時的速度大小v_P；
（2）兩物塊剛分離時物塊B的速度大小v_B；
（3）物塊A在水平面上運動的時間t．

Answer 1

分析 （1）物塊B恰好能通過P點，物塊B圓周運動重力提供向心力，由牛頓第二定律可以求出B的速度．
（2）物塊B從N到P過程只有重力做功，應(yīng)用動能定理可以求出剛分離時的速度．
（3）A、B分離過程系統(tǒng)動量守恒，應(yīng)用動量守恒定律可以求出A的速度，對A應(yīng)用動量定理可以求出其運動時間．

解答 解：（1）物體B 在豎直平面內(nèi)做圓周運動，在P 點時重力提供向心力
由牛頓第二定律得：mg=m$\frac{{v}_{P}^{2}}{R}$，解得：v_P=$\sqrt{gR}$；
（2）兩物塊分離后B 物體沿圓軌道向上運動過程，
由動能定理得：-mg•2R=$\frac{1}{2}$mv_P²-$\frac{1}{2}$mv_B²，解得：v_B=$\sqrt{5gR}$；
（3）物塊A 與物塊B 由足夠大的內(nèi)力突然分離，分離瞬間內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，
兩物塊在水平方向上動量守恒，以向左為正方向，由動量守恒定律得：
2mv_A-mv_B=0，解得：v_A=$\frac{\sqrt{5gR}}{2}$，
對A，由動量定理得：-μ•2mgt=0-2mv_A，解得：t=$\frac{\sqrt{5gR}}{2μg}$；
答：（1）物塊B運動到P點時的速度大小v_P為$\sqrt{gR}$；
（2）兩物塊剛分離時物塊B的速度大小v_B為$\sqrt{5gR}$；
（3）物塊A在水平面上運動的時間t為$\frac{\sqrt{5gR}}{2μg}$．

點評 本題考查了求速度與運動時間問題，分析清物體運動過程是解題的前提，根據(jù)題意求出物塊B在P點的速度是解題的關(guān)鍵，應(yīng)用動量守恒定律、牛頓第二定律、動能定理與動量定理可以解題．