题目内容

如图所示,轻弹簧的一端固定在竖直墙上,另一端自由伸长。质量为2m的光滑弧形槽静止在光滑水平面上,底部与水平面平滑连接,让一个质量为m的小球从槽高h处开始自由下滑,小球到水平面后恰能压缩弹簧且被弹簧反弹。槽左侧光滑水平面长度足够。求:

(1)小球第一次到达水平面时的速度大小;

(2)从开始运动到小球第一次到水平面过程中,小球对槽做的功;

(3)小球第一次追上槽后能上升的最大高度?

(1)

(2)

(3)


解析:

(1)设小球到达水平面时速度大小为v1,槽的速度大小为v2,且可判断球速度方向向右,槽的速度方向向左,由球和槽在球下滑过程中水平方向动量守恒有:

      

由系统机械能守恒有:

由以上两式解得:      

(2)对槽,在球下滑过程中,由动能定理有:

     

  解得:

(3)小球经弹簧反弹后,以速度v1追槽,当球和槽速度相等(设为)时,小球离地面最高,则:

     

       

  由能量关系:

     

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