
如图所示,质量为2m的半圆弧槽静止在光滑的水平面上,圆弧槽左端有固定在水平面上的竖直挡板,圆弧轨道位于竖直平面内且两端等高,半径为R,左半面AB弧光滑,右半面BC弧粗糙。一质量为m的小滑块从距槽顶端A的正上方P点处由静止释放,A与P点的高度差也为R,重力加速度为g。
(1)求滑块第一次到达槽最低点B时的速度大小和受到的支持力大小N;
(2)当滑块第一次到达槽右端C时,恰好与圆弧槽相对静止,求滑块第一次到达 C点前的过程系统损失的机械能;
(3)若去除挡板,圆弧槽可在光滑的水平面上自由运动,仍在静止的圆弧槽顶端A的正上方P点处由静止释放滑块,求滑块第一次到达槽最低点B时,圆弧槽的速度大小。
【答案】(1),
(2)
(3)
【知识点】机械能与曲线运动结合问题、利用动量守恒及能量守恒解决(类)碰撞问题
【详解】(1)根据动能定理有
解得
根据牛顿第二定律有
解得
(2)设滑块恰好与圆弧槽相对静止时的速度为v,根据动量守恒定律有
系统损失的机械能
解得
(3)设此时圆弧槽的速度大小为,滑块的速度大小为
,则有
,
;
解得
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