题目内容

18.如图,小球a、b用等长细线悬挂于同一固定点O.b球的质量为a球的质量的2倍.让球a静止下垂,将球b向右拉起,使细线水平.从静止释放球b,两球碰后粘在一起向左摆动,求此后细线与竖直方向之间的最大偏角.忽略空气阻力.

分析 根据机械能守恒定律求出球b下落到最低点与a球碰撞前的速度,抓住a、b碰撞前后动量守恒,求出碰撞整体的速度,再结合机械能守恒定律求出摆动的最大角度.

解答 解:设细线长为L,球b下落至最低点,但未与球a相碰时的速度为v,
由机械能守恒定律得${m_b}gL=\frac{1}{2}{m_b}{v^2}$①
在两球碰后的瞬间,两球共同速度为v′,
以向左为正.由动量守恒定律得 mbv=(ma+mb)v'②
设两球共同向左运动到最高处,细线与竖直方向的夹角为θ,
由机械能守恒定律得$\frac{1}{2}({m_a}+{m_b}){v'^2}=({m_a}+{m_b})gL(1-cosθ)$③
代入数据得:$cosθ=\frac{5}{9}$,
则最大偏角$θ=arccos\frac{5}{9}$.
答:此后细线与竖直方向之间的最大偏角为$arccos\frac{5}{9}$.

点评 本题考查了动量守恒定律和机械能守恒定律的综合运用,综合性较强,知道小球碰撞前和碰撞后两球整体在运动过程中机械能守恒.

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