题目内容
【题目】如图所示,在光滑水平桌面EAB上有质量为m=2 kg的小球P和质量为M=1 kg的小球Q,P、Q之间压缩一轻弹簧(轻弹簧与两小球不拴接),桌面边缘E处放置一质量也为M=1 kg的橡皮泥球S,在B处固定一与水平桌面相切的光滑竖直半圆形轨道。释放被压缩的轻弹簧,P、Q两小球被轻弹簧弹出,小球P与弹簧分离后进入半圆形轨道,恰好能够通过半圆形轨道的最高点C;小球Q与弹簧分离后与桌面边缘的橡皮泥球S碰撞后合为一体飞出,落在水平地面上的D点。已知水平桌面高为h=0.2 m,D点到桌面边缘的水平距离为x=0.2 m,重力加速度为g=10 m/s2,求:
(1)小球P经过半圆形轨道最低点B时对轨道的压力大小NB′;
(2)小球Q与橡皮泥球S碰撞前瞬间的速度大小vQ;
(3)被压缩的轻弹簧的弹性势能Ep。
【答案】(1)120N (2)2 m/s (3)3 J
【解析】
(1)小球P恰好能通过半圆形轨道的最高点C,则有
mg=m
解得
vC=
对于小球P,从B→C,由动能定理有
解得
vB=
在B点有
NB-mg=m
解得
NB=6mg=120 N
由牛顿第三定律有
NB′=NB=120 N
(2)设Q与S做平抛运动的初速度大小为v,所用时间为t,根据公式h=gt2,得
t=0.2 s
根据公式x=vt,得
v=1 m/s
碰撞前后Q和S组成的系统动量守恒,
则有
MvQ=2Mv
解得
vQ=2 m/s
(3)P、Q和弹簧组成的系统动量守恒,
则有
mvP=MvQ
解得
vP=1 m/s
对P、Q和弹簧组成的系统,由能量守恒定律有
解得
Ep=3 J
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