解答题 (共 5 题 ),解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤
如图所示,在坚直平面内长为 $L=0.9 \mathrm{~m}$ 的粗糙水平面 $M N$ 左侧与半径 $R=0.89 \mathrm{~m}$ 的四分之一光滑圆弧轨道平滑连接,右侧与一足够长的传送带平滑连接。传送带以恒定的速率 $v=2 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ 逆时针转动.将物块 A 从光滑圆弧最高点由静止释放,经过 $M$ 点运动到 $N$ 点,再滑上传送带。已知 A 的质量为 $m=1 \mathrm{~kg}$ ,物块 A 与 $M N$ 间的动摩擦因数及传送带间的动摩擦因数都为 $\mu=0.1$ ,重力加速度 $g=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$ 。求:
(1)物块 A 第一次运动到 $N$ 点时的速度 $v_N$ ;
(2)物块 A 在传送带上第一次向右运动到最右端的过程中,两者摩擦产生的热量;
(3)物块 A 在 $M N$ 上运动的总路程 $s$ 。
如图所示为某商家为了吸引顾客设计的抽奖活动。 4 块尺寸相同的木板 A、B、C、 D 随机排序并紧挨着放在水平地面上,木板长度均为 $L=0.4 \mathrm{~m}$ ,质量均为 $m=0.3 \mathrm{~kg}$ ;下表面与地面间的动摩擦因数均为 $\mu=0.2, \mathrm{~A} 、 \mathrm{~B} 、 \mathrm{C} 、 \mathrm{D}$ 的上表面各有不同的涂层,滑块与涂层间的动摩擦因数分别为 $\mu_{\mathrm{A}}=0.2 、 \mu_{\mathrm{B}}=0.4 、 \mu_{\mathrm{C}}=0.6 、 \mu_{\mathrm{D}}=0.8$ 。顾客以某一水平速度 $v_0$(未知),从左侧第一块木板的左端推出一质量 $M=0.5 \mathrm{~kg}$ 的滑块(视作质点)。从左向右数,若滑块最终停在第一、二、三、四块木板上就会分别获得四、三、二、一等奖,滑离所有木板则不获奖。设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,重力加速度 $g$ 取 $10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$ 。(结果可用根号表示)。
(1)若木板全部固定,要想获奖,求 $v_0$ 的取值范围;
(2)若木板不固定,从左向右按照 $\mathrm{A} 、 \mathrm{~B} 、 \mathrm{C} 、 \mathrm{D}$ 的方式放置,要获得最高奖项,求 $v_0$ 的最小值。
如图所示,长木板 A 置于光滑水平面上,木板右端距固定平台距离 $d=4 \mathrm{~m}$ ,木板厚度与光滑平台等高,平台上固定半径 $R=0.3 \mathrm{~m}$ 的光滑半圆轨道,轨道末端与平台相切。木板左端放置滑块 B,滑块与木板上表面间的动摩擦因数 $\mu=0.2$ ,给滑块施加水平向右 $F=24 \mathrm{~N}$ 的作用力,作用时间 $t_1=1 \mathrm{~s}$ 后撤去 $F$ ,滑块质量 $m=3 \mathrm{~kg}$ ,木板质量 $M=2 \mathrm{~kg}$ ,滑块没有滑离木板,不计空气阻力,重力加速度 $g=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$ 。
(1)在 $0 \sim t_1$ 时间内,分别求 $\mathrm{A} 、 \mathrm{~B}$ 的加速度大小;
(2)若木板与平台间每次碰撞前后速度大小均不变,方向相反,最终滑块停在木板右端,求木板长度;
(3)若木板长度 $L=4.16 \mathrm{~m}$ ,且木板与平台第一次碰撞即与平台粘合在一起,滑块继续运动,求滑块通过轨道最高点时对轨道压力大小。
如图所示,悬点 O 下有一根长为 $L=1 \mathrm{~m}$ 的轻绳,悬挂质量为 $m_1=2 \mathrm{~kg}$ 的小球(小球与地面恰不挤压),将小球拉至与坚直方向成 $60^{\circ}$ 角处静止释放,到达最低点时,与静止在悬挂点正下方的物块 $m_2=2 \mathrm{~kg}$ 发生弹性正碰(小球与滑块均视为质点),碰撞后物块沿动摩擦因数为 $\mu_1=0.3$ 的水平面滑动,水平面长为 $S=1.5 \mathrm{~m}$ ,最后物块滑上停在光滑平面上的滑板上,滑板平面与粗糙水平面齐平,滑板与物块间的动摩擦因数 $\mu_2=0.1$ ,滑板质量 $M=2 \mathrm{~kg}$ ,物块没有从滑板上掉落,不计其它阻力。( $g$ 取 $10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$ )试求:
(1)小球摆到最低点与物块碰撞前对轻绳的拉力。
(2)物块到达粗糙水平面右端时,物块的速度。
(3)物块在滑板上滑动过程中产生的热量是多少?
(4)物块不从滑板上掉落,滑板至少要多长?
如图所示,质量 $m=0.4 \mathrm{~kg}$ 的小球被内壁光滑的弹射器从 $A$ 点弹出,沿水平直轨道运动到 $B$ 点后,进入由两个四分之一细管(内径略大于小球的直径)组成的轨道,从轨道最高点 $C$ 水平飞出时,对轨道上表面的压力大小 $F_{\text {压 }}=4.1 \mathrm{~N}$ ,之后落在倾角为 $\alpha$ 的斜面上的 $D$ 点。已知 $|A B|=5 \mathrm{~m}, \tan \alpha=\frac{2}{3}$ ,两个四分之一细管的半径均为 $R=1.0 \mathrm{~m}, C$ 点位于斜面底端的正上方,小球在 $A B$ 段运动时受到的阻力大小等于自身所受重力的 $\frac{3}{10}$ ,其他摩擦均不计,小球可视为质点,取重力加速度大小 $g=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$ 。
(1)求小球离开 $A$ 点时的速度大小 $v_A$ ;
(2)求小球落到 $D$ 点时的动能 $E_{k D}$ ;
(3)当弹射器储存的弹性势能为多少时,小球落在斜面上时的动能最小,最小动能为多少?