Question

某興趣小組用如題25圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。他們在水平桌面上固定一內(nèi)徑為的橢圓形玻璃杯，杯口上放置一直徑為，質(zhì)量為的均勻薄圓板，板內(nèi)放一質(zhì)量為的物塊。板中心、物塊均在杯的軸線，則物體與板間動摩擦因數(shù)為，不考慮板與杯口之間的摩擦力，重力加速度為g，不考慮板翻轉(zhuǎn).

（1）對板施加指向圓心的水平外力F，設(shè)物塊與板間最大靜摩擦力為，若物塊能在板上滑動. 求F應(yīng)滿足的條件.

（2）如果對板施加的指向圓心的水平外力是作用時間極短的較大沖擊力，沖量為，

  ①應(yīng)滿足什么條件才能使物塊從板上掉下？

  ② 物塊從開始運(yùn)動到掉下時的位移為多少？

  ③根據(jù)與的關(guān)系式說明要使更小，沖量應(yīng)如何改變.

Answer 1

解

（1）相對滑動的條件         F＞f_max

（2）設(shè)沖擊剛結(jié)束時圓板獲得的速度大小為v₀，物塊掉下時，圓板和物塊速度大小分別為v₁和v₂，要使物塊落下，必須       v₁＞v₂

（3）I越大，s越小.

解析:

本題是一道力學(xué)綜合題，用牛頓運(yùn)動定律可以求解，但不如用動量和能量相結(jié)合的方法求解簡單。重點(diǎn)考查了考生對物理過程的分析的能力和字符運(yùn)算的能力。

       （1）設(shè)圓板與物塊相對靜止時，它們之間的靜摩擦力為f，共同加速度為a

       由牛頓運(yùn)動定律，有

       對物塊  f＝2ma        對圓板           F－f＝ma

       兩物相對靜止，有  f≤f_max

得    F≤f_max

相對滑動的條件           F＞f_max

（2）設(shè)沖擊剛結(jié)束時圓板獲得的速度大小為v₀，物塊掉下時，圓板和物塊速度大小分別為v₁和v₂.

由動量定理，有    I＝mv₀

由動能定理，有

對圓板－2mg（s＋d）＝mv₁²－mv₀²

對物塊2mgs＝（2m）v₂²－0

由動量守恒定律，有

mv₀＝mv₁＋2mv₂

要使物塊落下，必須    v₁＞v₂

（3）由以上各式得

I＞m

s＝

分子有理化得

s＝

       根據(jù)上式結(jié)果知：I越大，s越小.