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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 全国中学生高中物理竞赛预赛试题分类汇编力学第16届预赛题.1.（15分）一质量为的平顶小车，以速度沿水平的光滑轨道作匀速直线运动。现将一质量为的小物块无初速地放置在车顶前缘。已知物块和车顶之间的动摩擦系数为。1. 若要求物块不会从车顶后缘掉下，则该车顶最少要多长？2. 若车顶长度符合1问中的要求，整个过程中摩擦力共做了多少功？参考解答1. 物块放到小车上以后，由于摩擦力的作用，当以地面为参考系时，物块将从静止开始加速运动，而小车将做减速运动，若物块到达小车顶后缘时的速度恰好等于小车此时的速度，则物块就刚好不脱落。令表示此时的速度，在这个过程中，若
2、以物块和小车为系统，因为水平方向未受外力，所以此方向上动量守恒，即 （1）从能量来看，在上述过程中，物块动能的增量等于摩擦力对物块所做的功，即 （2） 其中为物块移动的距离。小车动能的增量等于摩擦力对小车所做的功，即 （3）其中为小车移动的距离。用表示车顶的最小长度，则 （4）由以上四式，可解得 （5）即车顶的长度至少应为。2由功能关系可知，摩擦力所做的功等于系统动量的增量，即 （6）由（1）、（6）式可得 （7）2.（20分）一个大容器中装有互不相溶的两种液体，它们的密度分别为和（）。现让一长为、密度为的均匀木棍，竖直地放在上面的液体内，其下端离两液体分界面的距离为，由静止开始下落。试计算木
3、棍到达最低处所需的时间。假定由于木棍运动而产生的液体阻力可以忽略不计，且两液体都足够深，保证木棍始终都在液体内部运动，未露出液面，也未与容器相碰。参考解答1用表示木棍的横截面积，从静止开始到其下端到达两液体交界面为止，在这过程中，木棍受向下的重力和向上的浮力。由牛顿第二定律可知，其下落的加速度 （1）用表示所需的时间，则 （2）由此解得 （3）2木棍下端开始进入下面液体后，用表示木棍在上面液体中的长度，这时木棍所受重力不变，仍为，但浮力变为当时，浮力小于重力；当时，浮力大于重力，可见有一个合力为零的平衡位置用表示在此平衡位置时，木棍在上面液体中的长度，则此时有 （4）由此可得 （5）即木棍的中
4、点处于两液体交界处时，木棍处于平衡状态，取一坐标系，其原点位于交界面上，竖直方向为轴，向上为正，则当木棍中点的坐标时，木棍所受合力为零当中点坐标为时，所受合力为 式中 （6）这时木棍的运动方程为 为沿方向加速度 （7）由此可知为简谐振动，其周期 （8）为了求同时在两种液体中运动的时间，先求振动的振幅木棍下端刚进入下面液体时，其速度 （9）由机械能守恒可知 （10）式中为此时木棍中心距坐标原点的距离，由（1）、（3）、（9）式可求得，再将和（6）式中的代人（10）式得 （11）由此可知，从木棍下端开始进入下面液体到棍中心到达坐标原点所走的距离是振幅的一半，从参考圆（如图预解16-9）上可知，对应
5、的为30，对应的时间为。因此木棍从下端开始进入下面液体到上端进入下面液体所用的时间，即棍中心从到所用的时间为 （12）3从木棍全部浸入下面液体开始，受力情况的分析和1中类似，只是浮力大于重力，所以做匀减速运动，加速度的数值与一样，其过程和1中情况相反地对称，所用时间 （13）4总时间为 （14）第17届预赛题.1.（20分）如图预17-8所示，在水平桌面上放有长木板，上右端是固定挡板，在上左端和中点处各放有小物块和，、的尺寸以及的厚度皆可忽略不计，、之间和、之间的距离皆为。设木板与桌面之间无摩擦，、之间和、之间的静摩擦因数及滑动摩擦因数均为；、（连同挡板）的质量相同开始时，和静止，以某一初速度
6、向右运动试问下列情况是否能发生？要求定量求出能发生这些情况时物块的初速度应满足的条件，或定量说明不能发生的理由（1）物块与发生碰撞；（2）物块与发生碰撞（设为弹性碰撞）后，物块与挡板发生碰撞；（3）物块与挡板发生碰撞（设为弹性碰撞）后，物块与在木板上再发生碰撞；（4）物块从木板上掉下来；（5）物块从木板上掉下来参考解答1. 以表示物块、和木板的质量，当物块以初速向右运动时，物块受到木板施加的大小为的滑动摩擦力而减速，木板则受到物块施加的大小为的滑动摩擦力和物块施加的大小为的摩擦力而做加速运动，物块则因受木板施加的摩擦力作用而加速，设、三者的加速度分别为、和，则由牛顿第二定律，有 事实上在此题中
7、，即、之间无相对运动，这是因为当时，由上式可得 （1）它小于最大静摩擦力可见静摩擦力使物块、木板之间不发生相对运动。若物块刚好与物块不发生碰撞，则物块运动到物块所在处时，与的速度大小相等因为物块与木板的速度相等，所以此时三者的速度均相同，设为，由动量守恒定律得 （2）在此过程中，设木板运动的路程为，则物块运动的路程为，如图预解17-8所示由动能定理有 （3） （4）或者说，在此过程中整个系统动能的改变等于系统内部相互间的滑动摩擦力做功的代数和（3）与（4）式等号两边相加），即 （5）式中就是物块相对木板运动的路程解（2）、（5）式，得 （6）即物块的初速度时，刚好不与发生碰撞，若，则将与发生碰
8、撞，故与发生碰撞的条件是 （7）2. 当物块的初速度满足（7）式时，与将发生碰撞，设碰撞的瞬间，、三者的速度分别为、和，则有 （8）在物块、发生碰撞的极短时间内，木板对它们的摩擦力的冲量非常小，可忽略不计。故在碰撞过程中，与构成的系统的动量守恒，而木板的速度保持不变因为物块、间的碰撞是弹性的，系统的机械能守恒，又因为质量相等，由动量守恒和机械能守恒可以证明（证明从略），碰撞前后、交换速度，若碰撞刚结束时，、三者的速度分别为、和，则有 由（8）、（9）式可知，物块与木板速度相等，保持相对静止，而相对于、向右运动，以后发生的过程相当于第1问中所进行的延续，由物块替换继续向右运动。若物块刚好与挡板不
9、发生碰撞，则物块以速度从板板的中点运动到挡板所在处时，与的速度相等因与的速度大小是相等的，故、三者的速度相等，设此时三者的速度为根据动量守恒定律有 （10）以初速度开始运动，接着与发生完全弹性碰撞，碰撞后物块相对木板静止，到达所在处这一整个过程中，先是相对运动的路程为，接着是相对运动的路程为，整个系统动能的改变，类似于上面第1问解答中（5）式的说法等于系统内部相互问的滑动摩擦力做功的代数和，即 （11）解（10）、（11）两式得 （12）即物块的初速度时，与碰撞，但与刚好不发生碰撞，若，就能使与发生碰撞，故与碰撞后，物块与挡板发生碰撞的条件是 （13）3. 若物块的初速度满足条件（13）式，则
10、在、发生碰撞后，将与挡板发生碰撞，设在碰撞前瞬间，、三者的速度分别为、和，则有 （14）与碰撞后的瞬间，、三者的速度分别为、和，则仍类似于第2问解答中（9）的道理，有 （15）由（14）、（15）式可知与刚碰撞后，物块与的速度相等，都小于木板的速度，即 （16）在以后的运动过程中，木板以较大的加速度向右做减速运动，而物块和以相同的较小的加速度向右做加速运动，加速度的大小分别为 （17）加速过程将持续到或者和与的速度相同，三者以相同速度向右做匀速运动，或者木块从木板上掉了下来。因此物块与在木板上不可能再发生碰撞。4. 若恰好没从木板上掉下来，即到达的左端时的速度变为与相同，这时三者的速度皆相同，以表示，由动量守恒有 （18）从以初速度在木板的
