Question

如圖所示，在粗糙水平臺(tái)階上靜止放置一質(zhì)量m=0.5kg的小物塊，它與水平臺(tái)階表面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，且與臺(tái)階邊緣O點(diǎn)的距離s=5m．在臺(tái)階右側(cè)固定了1/4個(gè)橢圓弧擋板，今以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，擋板的方程滿足x 2+4y2=

32

5

y．現(xiàn)用F=5N的水平恒力拉動(dòng)小物塊，一段時(shí)間后撤去拉力，小物塊最終水平拋出并擊中擋板．
（1）若小物塊恰能擊中檔板的右端P點(diǎn)，則其離開O點(diǎn)時(shí)的速度為多大？
（2）為使小物塊擊中檔板，拉力F最多作用多長(zhǎng)距離？
（3）改變拉力F作用距離，使小物塊擊中擋板不同位置．試?yán)�用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析，證明：擊中擋板的小物塊動(dòng)能均為8J．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的高度求出平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，再結(jié)合水平位移和時(shí)間求出物塊離開O點(diǎn)的速度．
（2）根據(jù)動(dòng)能定理求出拉力F作用的距離．
（3）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，結(jié)合橢圓方程，根據(jù)動(dòng)能定理求出擊中擋板的小物塊動(dòng)能．

解答：解：（1）平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=

2y g

．
則初速度v0=

x

t

=

x

2y g

=

16

2×0.8 10

m/s=4m/s．
（2）設(shè)拉力F作用的距離為s₁由動(dòng)能定理有：
Fs1-μmgs=

1

2

mv02                                    
代入數(shù)據(jù)解得s₁=3.3m．
（3）設(shè)小物塊離開水平臺(tái)階的速度為v，擊中擋板時(shí)的水平位移為x，豎直位移為y，
則v=

x

2y g

①
Ek=

1

2

mv2+mgy…②
x2+4y2=

32

5

y…③，
由①③代入即可解得E_k=8J                                      
答：（1）離開O點(diǎn)時(shí)的速度為4m/s．
（2）拉力F最多作用3.3m．
（3）證明如上．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合了動(dòng)能定理和平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，難度中等，知道平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．