题目内容
如图所示，光滑的水平面AB（足够长）与半径为R=0.8m的光滑竖直半圆轨道BCD在B点相切，D点为半圆轨道最高点．A点的右侧等高地放置着一个长为L=20m、逆时针转动速度为v0=10m/s的传送带．用轻质细线连接甲、乙两物体，中间夹一轻质弹簧，弹簧与甲乙两物体不栓接．甲的质量为m1=3kg，乙的质量为m2=1kg，甲、乙均静止在光滑的水平面上．现固定乙球，烧断细线，甲离开弹簧后进入半圆轨道并可以通过D点，且过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力．传送带与乙物体间摩擦因数为0.6，重力加速度g取l0m/s2，甲、乙两物体可看作质点．（1）求甲球离开弹簧时的速度．
（2）若甲固定，乙不固定，细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带，求乙在传送带上滑行的最远距离．
（3）甲乙均不固定，烧断细线以后，求甲和乙能否再次在AB面上水平碰撞？若碰撞，求再次碰撞时甲乙的速度；若不会碰撞，说明原因．
分析：1、甲离开弹簧以后运动到最高点，机械能守恒，过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力，根据牛顿第二定律列出等式求解
2、根据能量守恒求出乙离开弹簧的速度，根据牛顿第二定律和运动学公式求解
3、甲乙分离根据动量守恒和能量守恒列出等式求出分离时的速度，再根据牛顿第二定律和运动学公式求解．
2、根据能量守恒求出乙离开弹簧的速度，根据牛顿第二定律和运动学公式求解
3、甲乙分离根据动量守恒和能量守恒列出等式求出分离时的速度，再根据牛顿第二定律和运动学公式求解．
解答：解：（1）甲离开弹簧以后，机械能守恒：
m1
=m1g?2R+
m1
过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力，根据牛顿第二定律得：
2m1g=
解得：v0=4
m/s
（2）根据能量守恒得：
Ep=
m1
=
m2
得：v乙=12m/s
之后乙滑上传送带匀减速运动，根据牛顿第二定律得：
μmg=ma
得：a=6m/s2
速度为零时离A端最远，最远距离为：
x=
=12m＜20m
即乙在传送带上滑行的最远距离为12m．
（3）甲乙分离分离过程中，动量守恒，选v1的方向为正，根据动量守恒得：
m1v1=m2v2
甲乙弹簧系统能量守恒：
Ep=
m1
=
m1
+
m2
解得：
=2
m/s，v2=6
m/s
之后甲沿轨道上滑，设上滑最高点高度为h，
则
m1
=m1gh
得h=0.6m＜0.8m
则甲上滑不到等圆心位置就会返回，返回AB面上速度仍然是v1=2
m/s
乙滑上传送带，因v2=6
m/s＜12m/s，
则乙先向右做匀减速运动，后向左匀加速．
由对称性可知返回AB面上速度仍然为v2=6
m/s
所以甲和乙能再次在AB面上水平碰撞，再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
m/s，v2=6
m/s
答：（1）甲球离开弹簧时的速度大小是4
m/s．
（2）若甲固定，乙不固定，细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带，乙在传送带上滑行的最远距离是12m．
（3）甲乙均不固定，烧断细线以后，甲和乙能再次在AB面上水平碰撞，再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
m/s，v2=6
m/s
| 1 |
| 2 |
| v | 2 0 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 D |
过D点时对轨道的压力恰好等于甲的重力，根据牛顿第二定律得：
2m1g=
| ||
| R |
解得：v0=4
| 3 |
（2）根据能量守恒得：
Ep=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 0 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 乙 |
得：v乙=12m/s
之后乙滑上传送带匀减速运动，根据牛顿第二定律得：
μmg=ma
得：a=6m/s2
速度为零时离A端最远，最远距离为：
x=
| ||
| 2a |
即乙在传送带上滑行的最远距离为12m．
（3）甲乙分离分离过程中，动量守恒，选v1的方向为正，根据动量守恒得：
m1v1=m2v2
甲乙弹簧系统能量守恒：
Ep=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 0 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 1 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 2 |
解得：
| v | 1 |
| 3 |
| 3 |
之后甲沿轨道上滑，设上滑最高点高度为h，
则
| 1 |
| 2 |
| v | 2 1 |
得h=0.6m＜0.8m
则甲上滑不到等圆心位置就会返回，返回AB面上速度仍然是v1=2
| 3 |
乙滑上传送带，因v2=6
| 3 |
则乙先向右做匀减速运动，后向左匀加速．
由对称性可知返回AB面上速度仍然为v2=6
| 3 |
所以甲和乙能再次在AB面上水平碰撞，再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
| 3 |
| 3 |
答：（1）甲球离开弹簧时的速度大小是4
| 3 |
（2）若甲固定，乙不固定，细线烧断后乙可以离开弹簧后滑上传送带，乙在传送带上滑行的最远距离是12m．
（3）甲乙均不固定，烧断细线以后，甲和乙能再次在AB面上水平碰撞，再次碰撞时甲乙的速度大小分别是v1=2
| 3 |
| 3 |
点评：本题考查了与弹簧有关的动量、能量问题，有一定综合性，关键要清楚研究对象的运动情况，能选择不同的研究过程运用物理规律求解．
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