Question

如圖，光滑水平面上有一質量M=4.0kg的帶有圓弧軌道的平板車，車的上表面是一段長L=1.5m的粗糙水平軌道，水平軌道左側連一半徑R=0.25m的四分之一光滑圓弧軌道，圓弧軌道與水平軌道在O′點相切．現將一質量m=1.0kg的小物塊（可視為質點）從平板車的右端以水平向左的初速度v₀滑上平板車，小物塊與水平軌道間的動摩擦因數μ=0.5，小物塊恰能到達圓弧軌道的最高點A．取g=10m/s²，求：
（1）小物塊滑上平板車的初速度v₀的大�。�
（2）小物塊與車最終相對靜止時，它距O′點的距離．

Answer 1

（1）平板車和小物塊組成的系統水平方向動量守恒，設小物塊到達圓弧最高點A時，二者的共同速度，
規定向左為正方向，由動量守恒得：mv₀=（M+m）v₁…①
由能量守恒得：

1

2

m

v

20

-

1

2

（M+m）

v

21

=mgR+μmgL…②
聯立①②并代入數據解得：v₀=5m/s…③
（2）設小物塊最終與車相對靜止時，二者的共同速度v₂，從小物塊滑上平板車，到二者相對靜止的過程中，規定向左為正方向，由動量守恒得：
mv₀=（M+m）v₂…④
設小物塊與車最終相對靜止時，它距O′點的距離為x．由能量守恒得：

1

2

m

v

20

-

1

2

（M+m）

v

22

=μmg（L+x）…⑤
聯立③④⑤并代入數據解得：x=0.5m　
答：（1）小物塊滑上平板車的初速度v₀的大小是5m/s．
（2）小物塊與車最終相對靜止時，它距O′點的距離是0.5m．