题目内容

10.如图所示,光滑水平轨道距离地面高h=0.8m,其左端固定有半径R=0.6m的内壁粗糙的半圆形轨道,轨道的最低点和水平轨道平滑连接,质量m1=1.0kg的小球A和质量m2=2.0kg的小球B静止在水平轨道上,球A突然受到水平向左瞬时冲量I=9N•s作用开始运动,与球B发生对心碰撞,碰撞时间极短,球A被反向弹回并从水平轨道右侧边缘飞出,落地点到轨道右边缘的水平距离s=1.2m.球B恰好能到达半圆轨道的最高点c,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)瞬时冲量作用结束时小球A的速度大小v0.
(2)碰后小球B的速度大小vB;
(3)小球B在半圆形轨道内运动的过程中,摩擦力做功Wf.

分析 (1)根据动量定理求瞬时冲量作用结束时小球A的速度大小v0.
(2)由平抛运动的规律求出碰后A的速度,根据碰撞过程中动量守恒,求出碰后B的速度.
(3)球B恰好能到达半圆轨道的最高点c,在c点由重力提供向心力,由牛顿第二定律求出小球B运动到最高点时的速度,再由动能定理求摩擦力做功Wf.

解答 解:(1)对于瞬时冲量作用的过程,根据动量定理得:
I=m1v0-0
得:v0=$\frac{I}{{m}_{1}}$=$\frac{9}{1}$m/s=9m/s
(2)球A从水平轨道飞出后做平抛运动,则由h=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$
得:t=$\sqrt{\frac{2h}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.8}{10}}$s=0.4s
则碰后A的速度为:vA=$\frac{s}{t}$=$\frac{1.2}{0.4}$m/s=3m/s,
规定向左方向为正方向,AB碰撞过程中,系统的动量守恒,根据动量守恒定律,有:
 m1v0=m2vB-m1vA,
代入数据解得:vB=6m/s.
(3)小球B过最高点时,有:m2g=m2$\frac{{v}_{B}^{′2}}{R}$
得:vB′=$\sqrt{gR}$=$\sqrt{10×0.6}$m/s=$\sqrt{6}$m/s
小球B在半圆形轨道内运动的过程中,据动能定理得:Wf-m2g•2R=$\frac{1}{2}$m2${v}_{B}^{′2}$-$\frac{1}{2}$m2vB2,
解得:Wf=-6J
答:(1)瞬时冲量作用结束时小球A的速度大小v0为9m/s.
(2)碰后小球B的速度大小vB为6m/s.
(3)小球B在半圆形轨道内运动的过程中,摩擦力做功Wf为-6J.

点评 关键要理清过程,选择合适的规律进行求解,要明确对于瞬时过程,往往根据动量定理求速度,对于变力做功,往往运用动能定理求解.

练习册系列答案
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5.用如图1所示的装置“研究平抛物体的运动”.
其主要实验步骤如下:
(a)将弧形斜槽固定在桌面上,让其末端伸出桌面边缘外.
(b)用图钉将白纸钉在薄木板上,用支架将木板竖直固定.
(c)将小球从斜槽上释放,在竖直白纸上记录小球所经过的多个位置,用平滑的曲线连接起来,即为小球平抛运动的轨迹.

(1)在“研究平抛物体的运动”实验时,已备有下列器材:白纸、图钉、薄木板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台,还需要下列器材中的C.
A.秒表       B.天平      C.重锤线       D.测力计
(2)在该实验中,为减少空气阻力对小球的影响,所以选择小球时,应选择A
A.实心小铁球     B.空心小铁球     C.实心小木球     D.塑料小球
(3)在该实验中,应采取下列哪些措施减小实验误差?AD
A.斜槽轨道末端切线必须水平       B.斜槽轨道必须光滑
C.每次要平衡摩擦力              D.小球每次应从斜槽同一高度释放
(4)在该实验中,在取下白纸前,应确定坐标轴原点O,并用重锤线过O作竖直线,以确定坐标系的y轴.图2为甲、乙两位同学关于坐标原点及x轴、y轴的确定,其中做法正确的乙.(选填“甲”或“乙”)
(5)在该实验中,某同学正确地确定了坐标原点及坐标轴后,描绘出小球在不同时刻所通过的三个位置A、B、C,相邻的两个位置间的水平距离均为x,测得x=10.00cm,A、B间的竖直距离y1=4.78cm,A、C间的竖直距离y2=19.36cm.如图3所示.(重力加速度g取9.80m/s2)
根据以上直接测量的物理量导出小球做平抛运动的初速度的公式为v0=$\sqrt{\frac{{g{x^2}}}{{{y_2}-2{y_1}}}}$(用题中所给字母表示).代入数据得到小球的初速度值为1m/s.

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