Question

（14分）如圖所示，半徑R＝0.8 m的光滑圓弧軌道固定在水平地面上，O為該圓弧的圓心，軌道上方的A處有一個可視為質點的質量m＝1 kg的小物塊，小物塊由靜止開始下落后恰好沿切線進入圓弧軌道．此后小物塊將沿圓弧軌道下滑，已知AO連線與水平方向的夾角θ＝45°，在軌道末端C點緊靠一質量M＝3 kg的長木板，木板上表面與圓弧軌道末端的切線相平，木板下表面與水平地面之間光滑，小物塊與長木板間的動摩擦因數μ＝0.3，g取10 m/s².求：

（1）小物塊剛到達C點時的速度大小；
（2）小物塊剛要到達圓弧軌道末端C點時對軌道的壓力；
（3）要使小物塊不滑出長木板，木板長度L至少為多少？

Answer 1

(1)v_C＝4 m/s；(2)F_N＝50 N；(3) L＝4 m

解析試題分析：(1)小物塊從A到C，根據機械能守恒有
mg×2R＝mv，解得v_C＝4 m/s.   （4分）    
(2)小物塊剛要到C點，由牛頓第二定律有
F_N－mg＝mv/R，解得F_N＝50 N.
由牛頓第三定律，小物塊對C點的壓力F_N′＝50 N，方向豎直向下． （4分）
(3)設小物塊剛滑到木板右端時達到共同速度，大小為v，小物塊在長木板上滑行過程中，小物塊與長木板的加速度分別為
a_m＝μmg/m
a_M＝μmg/M
v＝v_C－a_mt
v＝a_Mt      （2分）
由能量守恒定律得－μmgL＝ (M＋m)v²－mv  （2分）
聯立解得L＝4 m.      2分）
考點：機械能守恒、牛頓第二定律。