Question

【题目】如图所示，质量为3m、半径为R的光滑半圆形槽静置于光滑水平面上，A、C为半圆形槽槽口对称等高的两点，B为半圆形槽的最低点。将一可视为质点、质量为m的小球自左侧槽口A点自由释放，小球沿槽下滑的过程中，不计空气阻力，下列说法正确的是( )

A. 小球和半圆形槽组成的系统机械能守恒、动量守恒

B. 小球刚好能够到达半圆形槽右侧的C点

C. 半圆形槽速率的最大值为

D. 半圆形槽相对于地面位移大小的最大值为

Answer 1

【答案】BD

【解析】小球与半圆形槽组成的系统在水平方向不受力，所以水平方向的动量守恒，但在竖直方向受重力作用，故系统总的动量不守恒；所有的接触面都是光滑的，故在整个的运动过程中只有重力和弹力做功，故系统的机械能守恒，故A错误；因为系统的初状态水平方向的动量为零，根据系统水平方向动量守恒可知，系统在末状态的水平方向的动量也零，故在末状态小球与半圆形槽的速度都为零，而初状态只有小球的重力势能，根据系统机械能守恒，可知末状态也只小球的重力势能，且与初状态相等，故B正确；当小球下至半圆形槽最低点时，根据反冲运动的特点可知，此时小球有向右的最大速度，半圆形槽有向左的最大速度，设小球的最大速度为，半圆形槽的最大速度为，初状态水平方向的动量为零，取向右为正，根据系统水平方向动量守恒得：，根据系统机械能守恒得：，联立解得：，故C错误；小球从左边最高点下至最低点时，根据系统水平方向动量守恒得：，又，代入得：，即，且，联立解得：；当小球从最低点向右边最高点运动时，半圆形槽继续向左运动，同理可得半圆形槽在这一过程的位移为，故半圆形槽相对于地面位移大小的最大值为，故D正确；故选BD.