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【例題】(2017崇明二模)如圖所示,一質量為m的物體A靜止在水平面上,物體A與水平面間的動摩擦因數為μ,現有一質量為M的物體B以初速度v0水平向右運動,與物體A發生碰撞后立即粘在一起向下運動,忽略空氣阻力,重力加速度為g。
(1)若B與A碰撞后瞬間,A、B一起恰好能沿斜面下滑到底端,求斜面的傾角θ;
(2)若B與A碰撞后瞬間,A、B一起恰好能沿豎直圓軌道運動到最低點,求斜面的傾角θ和斜面的高度h。
【分析】
(1)根據動量守恒定律求出碰撞后的共同速度,再根據牛頓第二定律求出斜面的傾角;
(2)根據機械能守恒定律求出B與A碰撞后瞬間A的速度,再根據牛頓第二定律求出斜面的高度。
【解答】
(1)設斜面的傾角為θ,由動量守恒定律得:$mv_{0} = (m + M)v$,解得:$v = \frac{mv_{0}}{m + M}$;對A、B整體受力分析可知:$mg\sin\theta + \mu(m + M)g\cos\theta = (m + M)a$,解得:$\theta = \frac{\mu g\cos\theta}{\sin\theta + \mu\cos\theta}$;
(2)設B與A碰撞后瞬間A的速度為$v_{1}$,對A、B整體受力分析可知:$mg\sin\theta + \mu(m + M)g\cos\theta = (m + M)a_{1}$,解得:$a_{1} = \mu g\cos\theta$;對A受力分析可知:$mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{2}$,解得:$v_{1} = \sqrt{2gh}$;由機械能守恒定律可知:$\frac{1}{2}mv_{1}^{2} = \frac{1}{2}(m + M)v^{2}$,解得:$h = \frac{mv_{0}^{2}}{2(m + M)\mu g}$。