题目内容

如图所示,半径分别为R和r(R>r)的甲、乙两光滑圆轨道放置在同一竖直平面内,两轨道之间有一条光滑水平轨道CD,轨道上一轻弹簧被两小球a、b夹住,现同时释放两小球,两球恰好能通过各自的圆轨道的最高点.
(1)求两小球的质量比;
(2)若ma=mb=m,要使a、b还都能通过各自的最高点,则弹簧释放前应至少具有多大的弹性势能?


(1);  (2)E=5mgR
【试题分析】

【解析】 (1)设a、b球运动到C、D点时的速度分别为va、vb,恰好能通过各自的圆轨道的最高点时的速度分别为v′a、v′b,由得v′a=
同理
由动量守恒定律可得0=mava-mbvb
由机械能守恒定律得


联立得
(2)若ma=mb=m,由动量守恒定律可得va=vb=v0
当a球恰好能通过圆轨道的最高点时,则E弹最小,此时有

则可得E=2Ea=5mgR

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