题目内容
(14分)如图10所示,半径为R的
光滑圆弧轨道竖直放置,底端与光滑的水平轨道相接,质量为m2的小球B静止光滑水平轨道上,其左侧连接了一轻质弹簧,质量为m1的小球A自圆弧轨道的顶端由静止释放,重力加速度为g,小球可视为质点。求:
(1)小球A撞击轻质弹簧的过程中,弹簧的最大弹性势能为多少?
(2)要使小球A与小球B能发生二次碰撞,m1与m2应满足什么关系?![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422577652115.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257656303.png)
(1)小球A撞击轻质弹簧的过程中,弹簧的最大弹性势能为多少?
(2)要使小球A与小球B能发生二次碰撞,m1与m2应满足什么关系?
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422577652115.png)
(1)
(2)![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257905601.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422578271020.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257905601.png)
(1)设A球到达圆弧底端时的速度为v0,根据机械能守恒定律有:
……① (1分)
当A、B两球速度相同时,弹簧的弹性势能最大,设共同速度为v
根据动量守恒定律有:
……② (2分)
根据机械能守恒定律有:
……③ (2分)
联立①②③解得:
……④ (1分)
(2)设A、B碰撞后的速度分别为v1和v2
根据动量守恒定律有:
……⑤ (1分)
根据机械能守恒定律有:
……⑥ (1分)
联立⑤⑥解得:
(2分)
要使A、B两球能发生二次碰撞,必须满足
……⑨
则有:
……⑩ (2分)
解得:
……12 (2分)
或
(不符合事实,舍去)
本题考查动量守恒定律和功能关系,小球由最高点到最低点,由动能定律求得最低点速度,当弹簧弹性势能最大时,两球速度相同,在与弹簧作用过程中系统机械能守恒,两小球动能的减小量转化为弹簧的弹性势能。列式求解
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257952811.png)
当A、B两球速度相同时,弹簧的弹性势能最大,设共同速度为v
根据动量守恒定律有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257999749.png)
根据机械能守恒定律有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422584201217.png)
联立①②③解得:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422578271020.png)
(2)设A、B碰撞后的速度分别为v1和v2
根据动量守恒定律有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142258841695.png)
根据机械能守恒定律有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/201408241422588881016.png)
联立⑤⑥解得:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142258966791.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142259075824.png)
要使A、B两球能发生二次碰撞,必须满足
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142259138463.png)
则有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142259340814.png)
解得:
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142257905601.png)
或
![](http://thumb.1010pic.com/pic2/upload/papers/20140824/20140824142259684570.png)
本题考查动量守恒定律和功能关系,小球由最高点到最低点,由动能定律求得最低点速度,当弹簧弹性势能最大时,两球速度相同,在与弹簧作用过程中系统机械能守恒,两小球动能的减小量转化为弹簧的弹性势能。列式求解
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
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