题目内容
【题目】如图所示，半径为R的光滑轨道竖直放置，质量为m的球1在恒力F（力F未知，且未画出）的作用下静止在P点，OP连线与竖直方向夹角为
，质量也为m的球2静止在Q点。若某时刻撤去恒力F，同时给小球1一个沿轨道切向方向的瞬时冲量I（未知），恰能使球1在轨道内侧沿逆时针方向做圆周运动且与球2发生弹性正碰。小球均可视为质点，重力加速度为g，不计空气阻力。求：
(1)恒力F的最小值为多大？
(2)瞬时冲量I大小为多大？
(3)球2碰撞前后对轨道Q点的压力差为多大？
【答案】(1) 
；(2) 
；(3) 5mg
【解析】
(1)恒力F垂直OP斜向上时，恒力F最小，此时恒力F与水平方向的夹角
，则
(2)球1恰运动到圆周的最高点，有
球1由P点运动到最高点，根据动能定理有
小球的瞬时冲量为
联立解得
(3)由于发生弹性碰撞，且质量相等，故二者速度交换，球2也能恰好通过最高点，
对球2，碰后由最高点到Q点的过程中，据机械能守恒定律有
且有
联立解得
碰前球2静止，故
故支持力差为
根据牛顿第三定律可知球2碰撞前后对轨道Q点的压力差为5mg.
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