综合题19.0分
理综

如图,质量为M的小车静止在光滑的水平面上,小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道,BC段是长为L的水平粗糙轨道,两段轨道相切于B点,一质量为m的滑块在小车上从A点静止开始沿轨道滑下,重力加速度为g。

23.若固定小车,求滑块运动过程中对小车的最大压力;

24.若不固定小车,滑块仍从A点由静止下滑,然后滑入BC轨道,最后从C点滑出小车,已知滑块质量,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ,求:

滑块运动过程中,小车的最大速度vm

滑块从BC运动过程中,小车的位移大小s.

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

3mg

解析

当滑块到达B时的速度最大,受到的支持力最大;当滑块下滑的过程中机械能守恒,得:,滑块在B点处受到的支持力与重力的合力提供向心力,得:

解得:N=3mg

由牛顿第三定律得:滑块对小车的压力:N′=N=3mg

即滑块运动过程中对小车的最大压力是3mg.

考查方向

机械能守恒定律;牛顿第二定律;牛顿第三定律

解题思路

滑块在圆弧的轨道上运动的过程中合外力提供向心力,所以滑块在B点的左侧受到的支持力要大于重力,当滑块到达B时的速度最大,受到的支持力最大,由机械能守恒求出滑块在B点的速度,然后又牛顿第二定律即可求解;

易错点

关键分析出滑块下滑到B时,滑块的速度最大,由牛顿第二定律可此时滑块受到的支持力最大,由牛顿第三定律可知道此时滑块对小车的压力最大。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

s=L/3

解析

①在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块滑到B点时小车的速度最大,设最大速度是vm,由机械能守恒得:

解得: 

②由于在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,所以滑块从B到C运动过程中,滑块的平均速度是小车的平均速度的2倍,即:

由于它们运动的时间相等,根据: 可得:s滑块=2s

又:s滑块+s=L

所以:小车的位移大小:

考查方向

功能关系;机械能守恒定律

解题思路

根据题意,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,然后结合机械能守恒即可求出小车的最大速度大小vm;在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,写出速度的关系式,然后结合运动学的公式即可求出小车的位移。

易错点

主要考查系统水平方向动量守恒和能量守恒的问题,求解两物体间的相对位移,往往根据平均速度研究.也可以根据题目提供的特殊的条件:在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,不使用动量守恒定律.