题目内容
【题目】如图所示,质量为m的半圆轨道小车静止在光滑的水平地面上,其水平直径AB长度为2R,现将质量也为m的小球从距A点正上方h0高处由静止释放,然后由A点经过半圆轨道后从B冲出,在空中能上升的最大高度为 h0(不计空气阻力),则( )
A.小球和小车组成的系统动量守恒
B.小车向左运动的最大距离为
C.小球离开小车后做斜上抛运动
D.小球第二次能上升的最大高度 h0<h< h0
【答案】D
【解析】解:A、小球与小车组成的系统在水平方向所受合外力为零,水平方向系统动量守恒,但系统整体所受合外力不为零,系统动量不守恒,故A错误;
B、系统水平方向动量守恒,以向右为正方向,在水平方向,由动量守恒定律得:mv﹣mv′=0,m ﹣m =0,解得,小车的位移:x=R,故B错误;
C、小球与小车组成的系统在水平方向动量守恒,小球由A点离开小车时系统水平方向动量为零,小球与小车水平方向速度为零,小球离开小车后做竖直上抛运动,故C错误;
D、小球第一次车中运动过程中,由动能定理得:mg(h0﹣ h0)﹣Wf=0,Wf为小球克服摩擦力做功大小,解得:Wf= mgh0 , 即小球第一次在车中滚动损失的机械能为 mgh0 , 由于小球第二次在车中滚动时,对应位置处速度变小,因此小车给小球的弹力变小,摩擦力变小,摩擦力做功小于 mgh0 , 机械能损失小于 mgh0 , 因此小球再次离开小车时,能上升的高度大于: h0﹣ h0= h0 , 而小于 h0 , 故D正确;
故选:D.
【考点精析】本题主要考查了动量守恒定律的相关知识点,需要掌握动量守恒定律成立的条件:系统不受外力或系统所受外力的合力为零;系统所受的外力的合力虽不为零,但系统外力比内力小得多;系统所受外力的合力虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统的总动量的分量保持不变才能正确解答此题.