質量M=2kg的小車靜止在光滑地面上，小車的左端緊靠豎直臺階，臺階的上表面與小車上表面等高，臺階的上表面光滑，...

問題詳情：

質量M=2kg的小車靜止在光滑地面上，小車的左端緊靠豎直臺階，臺階的上表面與小車上表面等高，臺階的上表面光滑，右側臺階與左側等高，B點固定一個半徑為R=0.2m的豎直光滑圓軌道．質量為m1=2kg的小滑塊P以初速度vo=4m/s向右運動並與靜止在小車左端、質量也為m2=2kg小物塊Q發生**碰撞，碰後小物塊Q和小車一起向右滑動，且小車與右側臺階相撞前恰好不滑離小車，小車與臺階碰後速度立即減為零．已知P、Q均可看作質點，B點左側水平面光滑右側水平面粗糙，若小物塊速度足夠大則能從B點向右滑上圓軌道經一個圓周再從B點向右滑離軌道．小物塊Q與小車上表面及B點右側水平面間的動摩擦因數均為=0.5,重力加速度為g=10m/s2,A點為右側臺階的左端點．求：

(1)碰後小物塊Q的初速度；

(2)小車的長度及左右臺階間的距離；

(3)小物塊Q衝上光滑圓軌道後能否做完整的圓周運動，若能，請計算出小物塊停止運動時距B點的距離；若不能，請求出小物塊相對於小車靜止時距A點的距離．

【回答】

(1)4m/s；方向水平向右(2)0.8m；1.2m (3)  不能   0.3m

【解析】

(1)小物塊P、Q發生**碰撞，碰後速度分別為vP、vQ

由動量守恆知 

聯立vP=0，vQ =4m/s  方向水平向右

(2)小物塊Q在小車的上表面滑動的過程中，因受滑動摩擦力的作用，小物塊作減速運動，小車做加速運動

則

相對運動過程中系統的能量守恆，

聯立解得：，L=0.8m

小車向右滑行的加速度為

小車向右運動的距離為

左右臺階間的距離為

(3)設小物塊不能滑到與圓軌道的圓心等高處，則有

上升高度為

由於h=R，得小物塊滑離軌道後以v=2m/s速度滑上小車，設在小車上滑行s距離時與小車速度相同，

由動量守恆和能量守恆得

得 ，

此過程中小車向左運動得最大距離

此時小物塊相對於A點的距離為

知識點：牛頓運動定律的應用

題型：解答題