Question

【題目】如圖所示，固定的光滑平臺左端固定有一光滑的半圓軌道，軌道半徑為R，平臺上靜止放著兩個滑塊A、B，其質量mA＝，mB＝m，兩滑塊間夾有少量炸藥．平臺右側有一小車，靜止在光滑的水平地面上，小車質量M＝2m，車長L＝2R，車面與平臺的臺面等高，車面粗糙動摩擦因數μ＝0.5，右側地面上有一不超過車面高的立樁，立樁與小車右端的距離為s，且s=R。小車運動到立樁處立即被牢固粘連。點燃炸藥后，滑塊A恰好能夠通過半圓軌道的最高點D，滑塊B沖上小車。兩滑塊都可以看做質點，炸藥的質量忽略不計，爆炸的時間極短，爆炸后兩個滑塊的速度方向在同一水平直線上，重力加速度為g。求：

(1)滑塊A在半圓軌道最低點C時受到軌道的支持力FN；

(2)炸藥爆炸后滑塊B的速度大小；

(3)求滑塊B在小車上運動的過程中克服摩擦力做的功W。

Answer 1

【答案】(1)3mg；(2)；(3)

【解析】

(1)滑塊A做圓周運動，由牛頓第二定律求出速度，應用動能定理分析答題；

(2)炸藥爆炸過程A、B組成的系統動量守恒，由動量守恒定律可以求出B的速度；

(3)B與小車組成的系統動量守恒，由動量守恒定律、運動學公式與功的計算公式分析答題．

(1)以水平向右為正方向，設爆炸后滑塊A的速度大小為VA，

滑塊A在半圓軌道運動，設到達最高點的速度為VAD，則

解得：

滑塊A在半圓軌道運動過程中，

據動能定理得：

滑塊A在半圓軌道最低點：

解得：；

(2) 在A、B爆炸過程，動量守恒。則

得：；

(3) 滑塊B滑上小車直到與小車共速，設為

整個過程中，動量守恒：

解得：

滑塊B從滑上小車到共速時的位移為

小車從開始運動到共速時的位移為

兩者位移之差（即滑塊B相對小車的位移）為：

,即滑塊B與小車在達到共速時未掉下小車。

由于，物塊和小車先達到相對靜止，然后一起勻速向前運動，直到小車與立樁碰

撞后小車停止，然后滑塊B以向右做勻減速直線運動，設直到停下來發生的位移為 S＇,

因為 所以，滑塊未從小車滑離。

滑塊B從滑上小車到共速時克服摩擦力做功為

然后滑塊B以V共向右做勻減速直線運動，則直到停下來發生的位移為

滑塊B克服摩擦力做功為

。