题目内容

【题目】如图所示,在倾角为30°的光滑斜面底部固定一轻质弹簧,将一质量为m的物块B静置于斜面上,平衡时,弹簧的压缩量为x0,O点为弹簧的原长位置。在距O点距离为2x0的斜面顶端P点有一质量也为m的物块A,现让A从静止开始沿斜面下滑,A与B相碰后立即粘在一起沿斜面向下运动,并恰好回到O点(A、B均视为质点)。试求:

(1)A、B相碰后瞬间的共同速度的大小;

(2)A、B相碰前弹簧具有的弹性势能;

(3)若在斜面顶端再连接一光滑的半径R=x0的半圆轨道PQ,圆轨道与斜面最高点P相切,现让物块A以多大初速度从P点沿斜面下滑,才能使A与B碰后在斜面与圆弧间做往复运动?

【答案】(1)(2)mgx0 (3)

【解析】(1)A与B球碰撞前后,A球的速度分别是v1和v2,因A球滑下过程中,机械能守恒,有: ,解得

又因A与B球碰撞过程中,动量守恒,有:

联立①②得:

(2)碰后,A、B和弹簧组成的系统在运动过程中,机械能守恒.

则有

解得

(3)设物块在P点初速度为v0,A从P到与B相碰前:机械能守恒,解得

AB相碰,动量守恒,设碰后速度为v,

解得

AB相碰后与弹簧系统至AB运动到P点,能量守恒

解得

从P点进入圆轨道后还能往复运动,则AB最多运动到圆心登高处D点速度为零

即

故

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