Question

【題目】如圖所示，水平放置的輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為2L，一端與質(zhì)量的物塊P接觸但不連接，另一端固定在A點(diǎn)，光滑水平軌道AB長(zhǎng)度為5L.長(zhǎng)度為的水平傳送帶分別與B端和水平光滑軌道CD平滑連接，物塊P與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，傳送帶始終以的速率順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng).質(zhì)量為小車放在光滑水平軌道上，位于CD右側(cè)，小車左端與CD段平滑連接，小車的水平面長(zhǎng)度，右側(cè)是一段半徑的四分之一光滑圓弧，物塊P與小車水平上表面的動(dòng)摩擦因數(shù).用外力推動(dòng)物塊P，將彈簧壓縮至長(zhǎng)度L，然后放開，P開始沿軌道運(yùn)動(dòng)，沖上傳送帶后開始做減速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)傳送帶右端時(shí)速度恰好與傳送帶速度大小相等.重力加速度大小求：

（1）彈簧壓縮至長(zhǎng)度L時(shí)儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能

（2）物塊P在小車圓弧上上升的最大高度H

（3）要使物塊P既可以沖上圓弧又不會(huì)從小車上掉下來，小車水平面長(zhǎng)度的取值范圍

Answer 1

【答案】（1） 14J ；（2）0.1m ；（3）。

【解析】

（1）設(shè)物塊離開彈簧時(shí)的速度為，在物塊與彈簧相互作用過程中，由機(jī)械能守恒定律

①

物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)過程中，由動(dòng)能定理有

②

聯(lián)立①②代入數(shù)據(jù)可得

（2）當(dāng)物塊運(yùn)動(dòng)到小車的最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)于P與小車構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則

③

由能量守恒定律有

④

聯(lián)立③④代入數(shù)據(jù)可得

（3）設(shè)當(dāng)小車水平面長(zhǎng)度為時(shí)，物塊到達(dá)小車水平右端時(shí)與小車有共同速度，則

⑤

聯(lián)立③⑤代入數(shù)據(jù)可得

設(shè)當(dāng)小車水平長(zhǎng)度為時(shí)，物塊到達(dá)小車水平左端時(shí)與小車有共同速度，則

⑥

聯(lián)立③⑥代入數(shù)據(jù)可得

要使物塊P既可以沖上圓弧乂不會(huì)從小車上掉下宋，小車水平長(zhǎng)度的取值范圍：