1.如图所示,一质量为m=2 kg的滑块从半径为R=0.2 m的光滑四分之一圆弧轨道的顶端A处由静止滑下,A点和圆弧对应的圆心O点等高,圆弧的底端B与水平传送带平滑相接.已知传送带匀速运行的速度为v0=4 m/s,B点到传送带右端C的距离为L=2 m.当滑块滑到传送带的右端C时,其速度恰好与传送带的速度相同.(g=10 m/s2)求:
(1)滑块到达底端B时对轨道的压力;
(2)滑块与传送带间的动摩擦因数μ;
(3)此过程中,由于滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量Q.
解析:(1)滑块由A到B的过程中,由机械能守恒定律得:
mgR=mv ①
物体在B点,由牛顿第二定律得:FB-mg=m ②
由①②两式得:FB=60 N
由牛顿第三定律得滑块到达底端B时对轨道的压力大小为60 N,方向竖直向下.
(2)方法一 滑块在从B到C运动过程中,由牛顿第二定律:μmg=ma③
由运动学公式得:v-v=2aL ④
由①③④三式得:μ=0.3 ⑤
方法二 滑块在从A到C整个运动过程中,由动能定理得:mgR-μmgL=mv-0
解得μ=0.3
(3)滑块在从B到C运动过程中,设运动时间为t
由运动学公式得:v0=vB+at ⑥
产生的热量:Q=μmg(v0t-L) ⑦
由①③⑤⑥⑦得:Q=4 J
答案:(1)60 N,方向竖直向下 (2)0.3 (3)4 J