题目内容

【题目】如图所示,一个半径为R,水平放置的光滑圆形轨道上,有两个可自由运动的小球,其质量分别为m和M。现有一个质量可忽略的弹簧,将两小球分别顶在弹簧两端,用细线将小球压紧弹簧后捆邦在一起。

(1)如果细线断了,弹簧将两小球沿相反方向弹射出去,而弹簧离开轨道,两小球将在轨道何处发生碰撞?(如图所示,用知表示)。

(2)设弹簧被压缩时具有的热能为,求从断线到发生碰撞的时间间隔。

(3)若碰撞是完全弹性的正碰撞,问:两球在第一次发生碰撞后,又在何处发生第二次碰撞?

【答案】(1) (2) (3)第二次碰撞发生处仍然是断线处

【解析】

(1)设断线的瞬间,水平方向不受力,动量守恒,则

,即。

设碰撞发生前M,m分别经过角度、,则

。

又由图可知,,

所以,得。

(2)从断线到碰撞发生,由能量守恒,有

。

又,代人得,

解得。

则

。

(3)因为第一次碰撞时有

,

其中:,为碰前各自的速度;,为碰后两者的分离速度,可见。

又由能量守恒有

,

所以第二次碰撞发生处仍然是断线处。

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