题目内容

【题目】如图所示,半径R=2.8m的光滑半圆轨道BC与倾角的粗糙斜面轨道在同一竖直平面内,两轨道间由一条光滑水平轨道AB相连,A处用光滑小圆弧轨道平滑连接,B处与圆轨道相切。在水平轨道上,两静止小球P,Q压紧轻质弹簧后用细线连在一起。某时刻剪断细线后,小球P向左运动到A点时,小球Q沿圆轨道到达C点;之后小球Q落到斜面上时恰好与沿斜面向下运动的小球P发生碰撞。已知小球P的质量ml=3.2kg,小球Q的质量m2=1 kg,小球P与斜面间的动摩擦因数,剪断细线前弹簧的弹性势能EP=1.68J,小球到达A点或B点时已和弹簧分离。重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:

(1)小球Q运动到C点时的速度;

(2)小球P沿斜面上升的最大高度h;

(3)小球Q离开圆轨道后经过多长时间与小球P相碰。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】(1)两小球弹开的过程,由动量守恒定律得: ①

由机械能守恒定律得: ②

由①②两式可得: ,

小球Q沿圆环运动过程中,由机械能守恒定律可得:

解得: ,

(2) 小球P在斜面向上运动的加速度为,由牛顿第二定律得:

,

解得:

故上升的最大高度为:

(3)设两小球相遇点距离A点为x,从A点上升到两小球相遇所用的时间为t, 小球P沿斜面下落的加速度为,则:

,

解得:

小球P上升到最高点的时间: ,

则:

解得: 。

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