Question

如图所示，半径为R=0.2m的光滑圆弧AB在竖直平面内，圆弧B处的切线水平．B端高出水平地面h=0.8m，O点在B点的正下方．将一质量为m=1.0kg的滑块从A点由静止释放，落在水平面上的C点处，（g取10m/s²）求：

（1）滑块滑至B点时对圆弧的压力及的OC长度；

（2）在B端接一长为L=1.0m的木板MN，滑块从A端释放后正好运动到N端停止，求木板与滑块的动摩擦因数μ．

（3）若将木板右端截去长为△L的一段，滑块从A端释放后将滑离木板落在水平面上P点处，要使落地点P距O点的最远，△L应为多少？

Answer 1

考点：机械能守恒定律；牛顿第二定律；平抛运动；向心力．

专题：机械能守恒定律应用专题．

分析：（1）滑块从光滑圆弧下滑过程中，只有重力做功，滑块的机械能守恒，根据机械能守恒定律列式求解B点速度；在B点，根据重力和支持力的合力提供向心力列式求解支持力，再结合牛顿第三定律得到压力；滑块从B到C过程中做平抛运动，根据平抛运动的分位移公式列式求解；

（2）滑块从B端运动到N端停止过程，滑动摩擦力对滑块做负功，根据动能定理求出木板与滑块的动摩擦因数；

（3）若将木板右端截去长为△L的一段，根据动能定理求出滑块滑到木板右端的速度，由平抛运动知识得出落地点距O点的距离与△L的关系，由数学知识求出此距离的条件．

解答：  解：（1）滑块从光滑圆弧下滑过程中，根据机械能守恒定律得

mgh₁=m，

得v_B==2m/s

在B点，重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律，有：

N﹣mg=m

解得：N=mg+m=3mg=30N；

根据牛顿第三定律，压力与支持力相等，也为30N；

滑块离开B点后做平抛运动，则

竖直方向：h₂=gt²

水平方向：x=v_Bt

联立得到x=v_B

代入数据，解得：x=0.8m

（2）滑块从B端运动到N端停止过程，根据动能定理得

﹣μmgL=0﹣m

代入解得μ=0.2

（3）若将木板右端截去长为△L的一段后，设滑块滑到木板最右端时速度为v，由动能定理得

﹣μmg（L﹣△L）=mv²﹣m

滑块离开木板后仍做平抛运动，高度不变，运动时间不变，则

落地点距O点的距离S=L﹣△L+vt

联立整理得，S=0.8﹣△L

根据数学知识得知，当=0.4时，S最大，即△L=0.16m时，S最大．

答：（1）滑块滑至B点时对圆弧的压力为30N，OC的长为0.8m；

（2）木板与滑块的动摩擦因数为0.2；

（3）若将木板右端截去长为△L的一段，滑块从A端释放后将滑离木版落在水平面上P点处，要使落地点距O点的距离最远，△L应为0.16m．

点评：此题前两问是常规题，是机械能守恒和动能定理综合．第（3）问，考查运用数学知识求解物理极值的能力．