Question

【题目】如图所示，CDE为光滑的轨道，其中ED是水平的，CD是竖直平面内的半圆，与ED相切于D点，且半径R=0．5m，质量m=0．1kg的滑块A静止在水平轨道上，另一质量M=0．5kg的滑块B前端装有一轻质弹簧（A、B均可视为质点）以速度v0向左运动并与滑块A发生弹性正碰，若相碰后滑块A能过半圆最高点C，取重力加速度g=10m/s2，则：

（1）B滑块至少要以多大速度向前运动；

（2）如果滑块A恰好能过C点，滑块B与滑块A相碰后轻质弹簧的最大弹性势能为多少？

Answer 1

【答案】（1）3m/s （2）0．375J

【解析】试题分析：由牛顿第二定律求出滑块A到达轨道最高点的速度，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出B的初速度；碰撞后两者速度相等时弹簧压缩量最大弹性势能最大，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以求出最大弹性势能。

设滑块A过C点时速度为vC，B与A碰撞后，B与A的速度分别为v1、v2，

B碰撞前的速度为v0，过圆轨道最高点的临界条件是重力提供向心力

由牛顿第二定律得：

由机械能守恒定律得

B与A发生弹性碰撞，碰撞过程动量守恒、机械能守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律得 Mv0＝Mv1＋mv2

由机械能守恒定律得

解得v0＝3 m/s.

B与A碰撞后，当两者速度相同时弹簧有最大弹性势能Ep，设共同速度为v，

A、B碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，

以向左为正方向，由动量守恒定律得:Mv0＝(M＋m)v

由机械能守恒定律得

联立解得Ep＝0.375 J.