题目内容
【题目】如图所示,内壁粗糙、半径R=0.4 m的四分之一圆弧轨道AB在最低点B与光滑水平轨道BC相切。质量m=0.2 kg的小球b左端连接一轻质弹簧,静止在光滑水平轨道上,另一质量m1=0.2 kg的小球a自圆弧轨道顶端由静止释放,运动到圆弧轨道最低点B时对轨道的压力为小球a重力的2倍,忽略空气阻力,重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)小球a由A点运动到B点的过程中,摩擦力做功Wf;
(2)小球a通过弹簧与小球b相互作用的过程中,弹簧的最大弹性势能Ep;
(3)小球a通过弹簧与小球b相互作用的整个过程中,弹簧对小球b的冲量I的大小。
【答案】(1)Wf=-0.4 J (2)Ep=0.2 J (3)I=0.4 N·s
【解析】(1)小球由释放到最低点的过程中,
根据动能定理:m1gR+Wf=m1,
小球在最低点,根据牛顿第二定律:FN-m1g=,
联立可得:Wf=-0.4 J
(2)小球a与小球b通过弹簧相互作用,达到共同速度v2过程中,由动量关系:
m1v1=(m1+m)v2,
由能量转化和守恒:m1= (m1+m)+Ep,
联立可得:Ep=0.2 J
(3)小球a与小球b通过弹簧相互作用的整个过程中,a后来速度为v3,b后来速度为v4,由动量关系得
m1v1=m1v3+mv4,
由能量转化和守恒得m1=m1+m ,
根据动量定理得I=mv4,
联立可得:I=0.4 N·s
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