Question

20．如图所示，木板A和有$\frac{1}{4}$光滑圆弧面的滑块B静止在光滑水平面上，A的上表面与圆弧的最低点相切，A的左端有一可视为质点的小铁块C．现突然给C水平向右的初速度，C经过A的右端时速度变为原初速度的一半，之后滑到B上并刚好能到达圆弧的最高点，圆弧的半径为R．若A、B、C的质量均为m，重力加速度为g．求C的初速度．

Answer 1

分析 ABC组成的系统水平方向不受力，满足动量守恒，可求得滑块C滑上B时速度，再以BC为系统水平方向动量守恒，求得C到达B的最高点时BC的速度，再根据能量守恒求得圆弧的半径．

解答 解：先以ABC为系统，水平方向不受外力，所以动量守恒，设初速度方向为正方向，则有：
$m{v}_{0}=m\frac{{v}_{0}}{2}+2m{v}_{1}$
可得C滑上B瞬间AB的速度为：${v}_{1}=\frac{{v}_{0}}{4}$
C到B上后，B与A脱离，再以BC为系统，水平方向依然动量守恒，
$m\frac{{v}_{0}}{2}+m\frac{{v}_{0}}{4}=2m{v}_{2}$
得：${v}_{2}=\frac{3}{8}{v}_{0}$
BC组成的系统中只有重力做功，满足机械能守恒有：
$\frac{1}{2}m（\frac{{v}_{0}}{2}）^{2}+\frac{1}{2}m（\frac{{v}_{0}}{4}）^{2}=\frac{1}{2}×2m{v}_{2}^{2}+mgr$
代入数据可解得：${v_0}=8\sqrt{gR}$
答：C的初速度为8$\sqrt{gR}$

点评 解决本题的关键是抓住系统水平方向动量守恒，再根据无摩擦运动系统机械能守恒，掌握解决问题的思路是正确解题的关键．