题目内容
【题目】如图所示,在竖直平面内倾角的粗糙斜面AB、粗糙水平地面BC、光滑半圆轨道CD平滑对接,CD为半圆轨道的竖直直径。BC长为,斜面最高点A与地面高度差,轨道CD的半径。质量为的小滑块P从A点静止释放,P与AB、BC轨道间的滑动摩擦因数为。在C点静止放置一个质量也为的小球Q,P如果能与Q发生碰撞,二者没有机械能损失。已知重力加速度为,。求
(1)通过计算判断,滑块P能否与小球Q发生碰撞;
(2)如果P能够与Q碰撞,求碰后Q运动到D点时对轨道的压力大小;
(3)如果小球Q的质量变为(为正数),小球Q通过D点后能够落在斜面AB上,求值范围?
【答案】(1)能;(2)4mg;(3)0<k<
【解析】
(1)对P,A到B由动能定理
①
设P能到C点,且速度为,从B到C同理
②
联立①②式解得
③
④
由 假设成立,即P能与Q发生碰撞;
(2)对P、Q由碰撞动量守恒
⑤
对P、Q系统能量守恒
⑥
联立③⑤⑥式解得
⑦
对Q球从C到D由动能定理
⑧
对Q球在D点
⑨
又已知
联立⑦⑧⑨⑩式解得
由牛顿第三定律
(3)球Q的质量变为,同理对P、Q由碰撞动量守恒
⑩
对P、Q系统能量守恒
联立③⑤⑥式得
对Q球从C到D由动能定理
解得
在D点平抛运动,恰好落在B点,此时对应水平速度为,有
<>值范围是
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