在如图所示的装置中,平台的AB段粗糙,且长度为L=0.2m,动摩擦因数μ=0.6,BC、DEN段均光滑,且BC的始、末端均水平,具有h=0.1m的高度差,DEN是半径为r=0.4m固定于地面上的半圆形

时间:2024-04-30 12:00:56 5A范文网 浏览: 平时作业 我要投稿

问题描述:

在如图所示的装置中,平台的AB段粗糙,且长度为L=0.2m,动摩擦因数μ=0.6,BC、DEN段均光滑,且BC的始、末端均水平,具有h=0.1m的高度差,DEN是半径为r=0.4m固定于地面上的半圆形轨道,其直径DN沿竖直方向,C位于DN竖直线上,CD间的距离恰能让物体自由通过.在左端竖直墙上固定有一轻质弹簧,现有一可视为质点的小物块,小物块质量m=0.2kg,压缩轻质弹簧至A点后由静止释放(小物块和弹簧不粘连),小物块刚好能沿DEN轨道滑下.(g=10m/s2)求:
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(1)小物块到达N点时速度的大小(结构可保留根号)
(2)小物块在A点时弹簧所具有的弹性势能.
(3)由于地面存在摩擦力,最终小物块静止于水平地面上,求:小物块从A点开始运动直至静止在地面上,系统产生的内能.

最佳答案

(1)小物块刚好能沿DEN轨道滑下,则在半圆最高点D点必有:
  mg=m

v2D
r

从D点到N点,由机械能守恒得:
 
1
2
mvD2+mg•2r=
1
2
mvN2                       
代入数据得:vN=2
5
m/s.
(2)弹簧推开小球的过程中,弹簧对小球所做的功W等于弹簧所具有的弹性势能Ep,根据动能定理得
  W-μmgL+mgh=
1
2
mvD2-0          
得 W=μmgL-mgh+
1
2
mvD2
代入数据得:W=0.44J          
即压缩的弹簧所具有的弹性势能为  Ep=0.44J.
(3)对整个过程,根据能量守恒定律得
   Q=Ep+mg(h+2r)
代入数据得:Q=2.24J
答:
(1)小物块到达N点时速度的大小是2
5
m/s.
(2)小物块在A点时弹簧所具有的弹性势能是0.44J.
(3)由于地面存在摩擦力,最终小物块静止于水平地面上,小物块从A点开始运动直至静止在地面上,系统产生的内能是2.24J.

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