内容正文:
章末过关检测(一)
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√
(时间:75分钟 分值:100分)
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1.下列说法正确的是( )
A.动量为零时,物体一定处于平衡状态
B.物体所受合外力不变时,其动量一定不变
C.物体受到恒力的冲量也可能做曲线运动
D.动能不变,物体的动量一定不变
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解析:动量为零时,物体的速度为零,物体不一定处于平衡状态,A错误;物体所受合外力不变时,若合外力不为零,则加速度不为零且不变,其速度一定变化,则动量一定变化,B错误;物体受到恒力的冲量也可能做曲线运动,例如平抛运动,C正确;动能不变,则物体的速度大小不变,但是物体速度的方向可能变化,则物体的动量可能变化,D错误。
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2.如图所示,小车停在光滑的桌面上,车上固定一个用胶塞塞住封口的试管。试管内充满空气,用车上的蜡烛加热试管尾端。当试管内的空气达到一定温度时,胶塞从试管口喷出,以整个装置为系统,下列说法正确的是( )
A.水平方向动量守恒,机械能守恒
B.水平方向动量守恒,机械能不守恒
C.水平方向动量不守恒,机械能守恒
D.水平方向动量不守恒,机械能不守恒
解析:以整个装置为系统,水平方向的合外力为0,所以水平方向动量守恒。但由于要产生内能,所以机械能不守恒。
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3.如图所反映的物理过程中,以物体A和物体B为一个系统,符合系统机械能守恒且水平方向动量守恒的是( )
A.甲图中,在光滑水平面上,物块B以
初速度v0滑上上表面粗糙的静止长木板A
B.乙图中,在光滑水平面上,物块B以
初速度v0滑下靠在墙边的表面光滑的斜面A
C.丙图中,在光滑水平面上小球A以初速度v0与小球B发生碰撞后粘在一起
D.丁图中,在光滑水平面上物体A以初速度v0滑上表面光滑的圆弧轨道B
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解析:题图甲中,在光滑水平面上,物块B以初速度v0滑上上表面粗糙的静止长木板A,两物体组成的系统机械能不守恒,水平方向动量守恒,故A错误;题图乙中,在光滑水平面上,物块B以初速度v0滑下靠在墙边的表面光滑的斜面A,两物体组成的系统机械能守恒,水平方向动量不守恒,故B错误;题图丙中,在光滑水平面上小球A以初速度v0与小球B发生碰撞后粘在一起,两物体组成的系统机械能不守恒,水平方向动量守恒,故C错误;题图丁中,在光滑水平面上物体A以初速度v0滑上表面光滑的圆弧轨道B,两物体组成的系统机械能守恒,水平方向动量守恒,故D正确。
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4.为测量干粉灭火器喷出磷酸盐的速度,有人做了这样的实验:如图,人坐在小车上,手持灭火器,按压阀门让灭火器水平向前喷射。人自静止状态出发,在8.0 s内匀加速移动的距离为16.0 m。已知人(连同设备)的总质量为65 kg,灭火器单位时间内喷出磷酸盐的质量恒为0.20 kg,人(连同设备)在地面运动时,所受阻力恒定为自身重力的0.01。忽略该过程中人(连同设备)总质量的变化,g取10 m/s2,可估算出磷酸盐喷出的速率最接近( )
A.195 m/s B.120 m/s
C.100 m/s D.60 m/s
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6.在平静的水面上漂浮着一块质量为M的带有支架的木板,支架上蹲着一只质量为m的青蛙,M>m,突然青蛙相对于地面以一定水平速度向右跳出,恰好落到木板最右端。水的阻力不计,下列说法正确的是( )
A.青蛙对木板的冲量大小大于木板对青蛙的冲量大小
B.青蛙落到木板后两者一起向右做匀速直线运动
C.该过程青蛙相对于地面的水平位移大于木板相对于地面的水平位移
D.如果增加木板的质量(长度不变),则青蛙以同样的水平速度跳出后会落入水中
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二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题意,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
8.以下四个图中,系统动量守恒的是( )
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A.将图甲中细线剪断,物块在光滑水平面上运动,弹簧恢复原长的过程中
B.在图乙所示的光滑水平面上,子弹射入木块的过程中
C.图丙所示的木块沿光滑固定斜面由静止滑下的过程中
D.图丁所示的两球匀速下降,细线断裂后,它们在水中运动的过程中
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解析:剪断细线,弹簧恢复原长过程中,物块所受外力的合力不为0,等于弹簧的弹力,动量不守恒,故A错误;在光滑水平面上,子弹射入木块过程中,子弹与木块组成的系统所受外力的合力为0,该系统动量守恒,故B正确;木块沿光滑固定斜面下滑过程中,合外力沿斜面向下,木块所受外力的合力不为0,动量不守恒,故C错误;两球匀速下降,细线断裂后,它们在水中运动过程中,两球所受浮力与两球的重力仍然大小相等、方向相反,即两球组成的系统所受外力的合力为0,该系统动量守恒,故D正确。
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9.如图所示,内壁光滑的半圆槽静置于光滑水平地面上。现将小球(可视为质点)自左侧槽口A点的正上方由静止释放,小球下落后刚好自A点进入槽内,B点为半圆槽内壁的最低点。不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.小球从A到B的过程中,半圆槽对小球做正功
B.小球从A到B的过程中,半圆槽对小球做负功
C.小球可以运动到当初释放点的等高处
D.小球无法运动到当初释放点的等高处
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10.如图所示,光滑水平面上甲、乙两球间粘少许炸药,一起以速度0.5 m/s向右做匀速直线运动。已知甲、乙两球质量分别为0.1 kg和0.2 kg。某时刻炸药突然爆炸,分开后两球仍沿原直线运动,从爆炸开始计时经过3.0 s,两球之间的距离x=2.7 m,则下列说法正确的是( )
A.刚分离时,甲、乙两球的速度方向相同
B.刚分离时,甲球的速度大小为0.1 m/s,方向水平向左
C.刚分离时,乙球的速度大小为0.3 m/s
D.爆炸过程中释放的能量为0.027 J
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三、非选择题:本题共5小题,共54分。
11.(8分)某实验小组采用如图甲所示的实验装置来完成“验证动量守恒定律”实验,用天平测得A、B球的质量分别为m1和m2,O点是轨道末端在白纸上的投影点,M、P、N为三个落点的平均位置,测出M、P、N与O的距离,如图乙所示。
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(1)实验时A球的质量一定要大于B球的质量的原因是_______________________。
解析:实验时A球的质量一定要大于B球的质量的原因是避免A球碰撞后反弹。
避免A球碰撞后反弹
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(2)为正确完成本实验,斜槽________确保光滑,斜槽末端________确保水平,A球每次________从同一位置由静止释放。(均选填“需要”或“不需要”)
解析:为确保两小球碰撞后都做平抛运动,斜槽末端需要确保水平,斜槽不需要确保光滑,同一斜面的摩擦系数相同,只要确保从同一位置静止释放就可以确保A球碰撞前瞬间的速度相同。
不需要
需要
需要
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(3)某次实验时测得A、B球的质量之比m1∶m2=2∶1,则在实验误差允许范围内,当关系式s2=________(用s1、s3表示)成立时,可证明两球碰撞时动量守恒,同时若关系式s2=________(用s3表示)成立,则说明两球发生了弹性碰撞。
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12.(8分)某同学在探究碰撞过程中的动量守恒时,设计了如图所示的实验,并进行了如下的操作:
a.将两个完全相同的遮光片分别固定在滑块甲和滑块乙上,用天平测量两滑块甲、乙和遮光片的总质量m1、m2,将两个光电门A、B分别固定在气垫导轨上;
b.调节气垫导轨水平,将滑块甲放在光电门A的左侧,轻推滑块甲使其依次通过光电门A、B,遮光片的挡光时间分别为Δt1、Δt2;
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c.将轻弹簧放置在两滑块之间,使弹簧压缩且处于锁定状态,并将两滑块放在两光电门之间,某时刻将锁定解除,两滑块被弹簧弹开,两滑块甲、乙分别通过光电门时已经与弹簧分离,记录甲、乙经过光电门A、B的挡光时间t1、t2。
回答下列问题:
(1)操作b中,若气垫导轨水平,则Δt1______(选填“>”“=”或“<”)Δt2。
解析:操作b中,若气垫导轨水平,则滑块甲做匀速运动,则有Δt1=Δt2。
=
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(2)本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是否守恒,则__________(选
填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度d,若关系式__________成立,则动量守恒;若本次实验再探究弹簧储存的弹性势能,则__________(选填“需要”或“不需要”)测量遮光片的宽度d,锁定解除瞬间,弹簧储存的
弹性势能为Ep=__________(用以上测量的字母表示)。
不需要
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13.(10分)如图所示,一个小孩在冰面上进行“滑车”练习,开始小孩站在A车前端与车以共同速度v0=9 m/s向右做匀速直线运动,在A车正前方有一辆静止的B车,为了避免两车相撞,在A车接近B车时,小孩迅速从A车跳上B车,又立即从B车跳回A车,此时A、B两车恰好不相撞。已知小孩的质量m=25 kg,A车和B车质量均为mA=mB=100 kg,若小孩跳离A车与跳离B车时对地速度的大小相等、方向相反,求:
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(1)小孩跳回A车后,他和A车的共同速度大小;(3分)
解析:因为A、B恰好不相撞,则最后具有相同的速度。在小孩跳的过程中,把小孩、A车、B车看成一个系统,该系统所受合外力为零,动量守恒,由动量守恒定律得
(m+mA)v0=(m+mA+mB)v
代入数据解得v=5 m/s。
答案:5 m/s
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(2)小孩跳离A车和B车时对地速度的大小;(3分)
解析:依题意,设小孩跳离A车和B车时对地的速度大小为v′,则对小孩、B车根据动量守恒定律有
mv′=-mv′+mBv
解得v′=10 m/s。
答案:10 m/s
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(3)小孩跳离A车的过程中对A车冲量的大小。(4分)
解析:根据动量守恒定律,小孩跳离A车的过程有
(m+mA)v0=mv′+mAvA′
解得小孩跳离A车时,A车的速度大小
vA′=8.75 m/s
根据动量定理,对A车的冲量大小等于A车动量的变化量大小,即
I=Δp=mAv0-mAvA′=25 kg·m/s。
答案:25 kg·m/s
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14.(12分)如图,高度h=0.8 m的水平桌面上放置两个相同物块A、B,质量mA=mB=0.1 kg。A、B间夹一压缩量Δx=0.1 m的轻弹簧,弹簧与A、B不拴接。同时由静止释放A、B,弹簧恢复原长时A恰好从桌面左端沿水平方向飞出,水平射程xA=0.4 m;B脱离弹簧后沿桌面滑行一段距离xB=0.25 m后停止。A、B均视为质点,重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)脱离弹簧时A、B的速度大小vA和vB;(4分)
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答案:1 m/s 1 m/s
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(2)物块与桌面间的动摩擦因数μ;(4分)
答案:0.2
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(3)整个过程中,弹簧释放的弹性势能ΔEp。(4分)
答案:0.12 J
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(1)滑块A和B碰撞前A的速度大小v0;(5分)
答案:6 m/s
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(2)为使滑块B不能从长木板右端滑离长木板,长木板的最大质量mC;(5分)
答案:6 kg
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(3)在满足(2)的条件下,长木板的最大速度v m及滑块B最终距Q端的距离Δx。(6分)
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解析:设人(连同设备)的末速度为v,根据x= eq \f(v,2) t,解得v=4 m/s,设磷酸盐喷出的速率为v′,分别对人(连同设备)和磷酸盐根据动量定理得Ft-kMgt=Mv,Ft=mv′,解得v′=195 m/s。
5.如图所示,小车上固定着一个竖直放置的弯曲圆管,整个小车(含圆管)的质量为2m,初始时静止在光滑的水平面上。一个小球以水平速度v从圆管左端飞入后恰好能从圆管右端滑离小车。小球质量为m,半径略小于圆管半径,可以看作质点,忽略一切摩擦以及圆管的厚度。在此过程中,下列说法正确的是( )
A.小球滑离小车时,小车速度向右
B.小球滑离小车时,小车的速度大小为 eq \f(2,3) v
C.圆管中轴线距离车身的最大高度为 eq \f(v2,3g)
D.从小球进入圆管到脱离圆管,小球对小车的总冲量为0
解析:小球与小车在水平方向上的合外力为零,故在水平方向上由动量守恒定律可得mv=2mv车+mv球,由机械能守恒定律可得 eq \f(1,2) mv2= eq \f(1,2) ×2mv eq \o\al(2,车) + eq \f(1,2) mv eq \o\al(2,球) ,解得v车1=0、v球1=v,v车2= eq \f(2,3) v、v球2=- eq \f(v,3) (舍去),即小球滑离小车时,小车的速度为0,小球的速度为v,故A、B错误;
小球恰好到达圆管的最高点时,小球和小车的速度相同为v′,由动量守恒定律得mv=(m+2m)v′,解得v′= eq \f(v,3) ,以小球刚滑上小车的位置为零势能面,小球在最高点的重力势能等于系统动能减小量,由机械能守恒定律可得Ep= eq \f(1,2) mv2- eq \f(1,2) ×3m× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)v)) 2= eq \f(1,3) mv2,根据Ep=mgh可知,车上圆管中心线最高点的竖直高度h= eq \f(Ep,mg) = eq \f(v2,3g) ,故C正确;从小球进入圆管到脱离圆管,小球对小车的水平方向总冲量为0,竖直方向总冲量不为0,所以总冲量不为0,故D错误。
解析:由于青蛙对木板的作用力与木板对青蛙的作用力是一对相互作用力,二者大小相等、方向相反,时间相等,所以青蛙对木板的冲量大小等于木板对青蛙的冲量大小,故A错误;由于青蛙和木板组成的系统水平方向动量守恒,系统初动量为零,所以末动量也为零,所以青蛙落到木板后二者静止,故B错误;设青蛙相对于木板的水平位移为L,根据人船模型的特点可得mx蛙=Mx板,x蛙+x板=L,解得x蛙= eq \f(M,m+M) L,x板= eq \f(m,m+M) L,由于M>m,所以x蛙>x板,故C正确;
设支架高为h,根据mv蛙=Mv板,v蛙t+v板t=L′,h= eq \f(1,2) gt2,可知,青蛙以同样的水平速度跳出,增加木板的质量(长度不变),则木板的速度减小,由于时间不变,所以青蛙相对于木板的位移减小,青蛙不会落入水中,故D错误。
7.光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面A,斜面质量为M,底边长为 L,如图所示。将一质量为m的可视为质点的滑块B从斜面的顶端由静止释放,滑块B经过时间t刚好滑到斜面底端。此过程中斜面对滑块的支持力大小为FN,则下列说法正确的是( )
A.FN=mg cos α
B.滑块下滑过程中支持力对B的冲量大小为FNt cos α
C.滑块到达斜面底端时的动能为mgL tan α
D.此过程中斜面向左滑动的距离为 eq \f(m,M+m) L
解析:当滑块B相对于斜面加速下滑时,斜面A水平向左加速运动,所以滑块B相对于地面的加速度方向不再沿斜面方向,即沿垂直于斜面方向的合外力不再为零,所以斜面对滑块的支持力FN不等于mgcos α,故A错误;滑块B下滑过程中支持力对B的冲量大小I=FNt,故B错误;B下降的高度为Ltan α,其重力势能的减小量等于mgLtan α,减小的重力势能转化为A、B的动能之和,则滑块B的动能要小于mgLtan α,故C错误;系统水平方向不受外力,水平方向动量守恒,设A、B两者水平位移大小分别为x1、x2,取水平向左为正方向,由动量守恒定律得M eq \f(x1,t) -m eq \f(x2,t) =0,即有Mx1=mx2,又x1+x2=L,解得x1= eq \f(mL,M+m) ,故D正确。
解析:小球从A到B的过程中,由于系统水平方向动量守恒,半圆槽向左运动,小球所受槽的支持力方向与速度方向并不垂直,而是大于90°,所以槽的支持力对小球做负功,故A错误,B正确;依题意,系统水平方向动量守恒,当小球到达右侧最高点时速度与半圆槽的速度相同,设为v,并设右侧最高点与释放点间的高度差为h,可得0=(M+m)v,系统机械能守恒,则有mgh= eq \f(1,2) (M+m)v2,解得h=0,即小球可以运动到当初释放点的等高处,故C正确,D错误。
解析:设甲、乙两球质量分别为m1、m2,刚分离时两球的速度分别为v1、v2,取向右为正方向,由动量守恒定律可得(m1+m2)v0=m1v1+m2v2,由题意又有v2-v1= eq \f(x,t) ,代入数据联立解得v1=-0.1 m/s,v2=0.8 m/s,可知刚分离时,甲球的速度方向水平向左,乙球的速度方向水平向右,A、C错误,B正确;爆炸过程中释放的能量ΔE= eq \f(1,2) m1v eq \o\al(2,1) + eq \f(1,2) m2v eq \o\al(2,2) - eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1+m2)) v eq \o\al(2,0) ,代入数据解得ΔE=0.027 J,D正确。
s1+ eq \f(s3,2)
eq \f(3s3,4)
解析:小球从斜槽末端开始做平抛运动,因此小球在空中的运动时间相同,若动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,v0= eq \f(s2,t) ,v1= eq \f(s1,t) ,v2= eq \f(s3,t) ,所以m1s2=m1s1+m2s3,又m1∶m2=2∶1,所以s2=s1+ eq \f(s3,2) ,若两球发生弹性碰撞,则有 eq \f(1,2) m1v eq \o\al(2,0) = eq \f(1,2) m1v eq \o\al(2,1) + eq \f(1,2) m2v eq \o\al(2,2) ,结合以上分析可得s2= eq \f(3s3,4) 。
eq \f(m1,t1) = eq \f(m2,t2)
2,1) eq \f(d2,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m1,t)+\f(m2,t eq \o\al(2,2) )))
解析:设遮光片的宽度为d,则滑块甲经过光电门A的速度大小v1= eq \f(d,t1) ,滑块乙经过光电门B的速度大小v2= eq \f(d,t2) ,由于初动量为0,根据动量守恒定律可得m1v1=m2v2,联立可得 eq \f(m1,t1) = eq \f(m2,t2) ,本次实验若仅探究两滑块弹开过程中动量是否守恒,则不需要测量遮光片的宽度d,若关系式 eq \f(m1,t1) = eq \f(m2,t2) 成立,则动量守恒;根据能量守恒定律可得Ep= eq \f(1,2) m1v eq \o\al(2,1) + eq \f(1,2) m2v eq \o\al(2,2) ,联立可得Ep=2,1) eq \f(d2,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m1,t)+\f(m2,t eq \o\al(2,2) )))
,若本次实验再探究弹簧储存的弹性势能,则需要测量遮光片的宽度d,锁定解除瞬间,弹簧储存的弹性势能Ep=2,1) eq \f(d2,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m1,t)+\f(m2,t eq \o\al(2,2) )))
。
解析:对A物块由平抛运动知识得
h= eq \f(1,2) gt2
xA=vAt
代入数据解得vA=1 m/s
对A、B物块整体由动量守恒定律有
mAvA=mBvB
解得vB=1 m/s。
解析:对物块B由动能定理有
-μmBgxB=0- eq \f(1,2) mBv eq \o\al(2,B)
代入数据解得μ=0.2。
解析:由能量守恒定律有
ΔEp= eq \f(1,2) mAv eq \o\al(2,A) + eq \f(1,2) mBv eq \o\al(2,B) +μmAgΔxA+μmBgΔxB
其中mA=mB,Δx=ΔxA+ΔxB
解得ΔEp=0.12 J。
15.(16分)如图所示,质量mA=1 kg的物块A在光滑水平平台上向右运动,紧靠在水平平台右端的长木板上表面NQ水平并与平台等高且底面光滑,NQ的长度L=2 m,长木板的右端为半径R=0.1 m的 eq \f(1,4) 光滑圆弧,长木板的左端有一可视为质点的滑块B,其质量mB=3 kg,与NQ间的动摩擦因数μ=0.1,滑块A沿平台向右运动与滑块B发生弹性碰撞,测得碰后滑块B的速度大小vB=3 m/s,重力加速度g取10 m/s2,求:
解析:滑块A和B碰撞过程动量守恒,机械能守恒,则有mAv0=mAvA+mBvB
eq \f(1,2) mAv eq \o\al(2,0) = eq \f(1,2) mAv eq \o\al(2,A) + eq \f(1,2) mBv eq \o\al(2,B)
联立解得v0=6 m/s。
解析:在保证B不能从右端滑离长木板,长木板质量取最大时,对应的情况是B刚好滑到圆弧的顶端时,B与长木板共速,对B和长木板有
mBvB= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mB+mC)) v
eq \f(1,2) mBv eq \o\al(2,B) - eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mB+mC)) v2=μmBgL+mBgR
代入数据可得v=1 m/s,mC=6 kg。
解析:当滑块B返回至Q端时,长木板的速度最大,设此时B的速度大小为vB′,则有
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mB+mC)) v=mBvB′+mCvm
eq \f(1,2) mBvB′2+ eq \f(1,2) mCv eq \o\al(2,m) - eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mB+mC)) v2=mBgR
解得v m= eq \f(3+\r(3),3) m/s
设B最终没有滑离长木板,B滑下后相对长木板滑行Δx,根据能量守恒定律可得
mBgR=μmBgΔx
解得Δx=1 m<L=2 m
故假设成立,B最终距Q端的距离Δx=1 m。
答案: eq \f(3+\r(3),3) m/s 1 m
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