
如图,两个倾角分别为37°和53°的固定光滑斜面拼接在一起。斜面顶端固定一个光滑小滑轮,斜面高度为L。质量为m的物块A和质量为2m的物块B用跨过滑轮的轻绳连接,它们分别静止在斜面底端和顶端。质量也为m、长为L的木板C静止在斜面底端的水平面。现释放AB,当B到达斜面底端时,绳子瞬间断开,B通过光滑小圆弧滑入C,且B在C中点与C共速,共速时C右端恰好到达与C一定距离处的MNPQ区域。C在接触MN之前始终受到水平向左的恒力F0作用,该力等于B、C之间滑动摩擦力的一半,当C接触MN时,该力即撤去。B在MNPQ区域内始终受到水平向左的恒力,该力大小为,C不受该力作用。MN与PQ之间距离为kL(k>0)。已知水平面光滑,重力加速度为g,最大静摩擦力约等于滑动摩擦力,B离开MNPQ区域后将被取走,求
(1)B开始下滑后,绳子断裂前的拉力T的大小;
(2)C到达MNPQ区域时的速度和B、C间的动摩擦因数
;
(3)B离开MNPQ区域时的速度大小vt。
【答案】(1)
(2),
(3)当时,
;当
时
【知识点】细绳或弹簧相连的连接体问题、受恒定外力的板块问题
【详解】(1)设绳子断裂前A、B加速度大小均为,对B由牛顿第二定律可得
对A由牛顿第二定律可得
解得
,
(2)设B到达底端时速度大小为,B、C间的摩擦因数为
,B在C上减速时加速度大小为
,C的加速度大小为
,B、C共速为
;由运动学公式可得
对B由牛顿第二定律可得
对C由牛顿第二定律可得
其中
设共速的速度为,则有
,
联立解得
,
(3)B刚进入区域时,假设BC以大小为的加速度共同减速;对BC整体,由牛顿第二定律得
解得
此时B对C的摩擦力大小为
假设成立,BC共同减速。
若当B进入的位移为时,BC刚好静止,则有
解得
讨论:当时,B将返回从
边界离开,故
当时,有
可得
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