题目内容
光滑水平面上放着质量为mA = 1 kg的物块A和质量mB = 2 kg的物块B,A和B均可视为质点,A靠在竖直墙壁上,A、B间夹一个被压缩的轻弹簧但与弹簧不拴接,用手挡住B不动,此时弹簧弹性势能EP = 49 J.在A、B间系一轻质细绳,细绳长度大于弹簧的自然长度,如图所示.放手后B向右运动,细绳在短暂时间内被拉断,之后B冲上固定在竖直平面内,底端与水平面光滑连接,半径R = 0.5 m的半圆形光滑轨道,已知B恰好能通过竖直轨道的最高点C,取g = 10 m/s2,求:
(1)绳拉断前瞬间B速度v0的大小;
(2)绳拉断后瞬间B速度vB的大小;
(3)假设A在向右运动过程中没有碰到B,那么A能否到达轨道上与圆心等高的P点处?若能,求出A在P点处对轨道的压力;若不能,求出A能到达的最大高度.
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解:
(1)(4分)绳断之间,弹簧已与A、B脱离,其弹性势能全部转化为B的动能
3分
得v0 = 7 m/s 1分
(2)(6分)在最高点C处,B所受重力恰好提供其做圆周运动的向心力
2分
从绳断至到达最高点C,B物体机械能守恒
3分
得
1分
(3)(7分)绳拉断的过程A和B组成的系统动量守恒
2分
设A到达P点时的速度为vAP,从绳断到A至P的过程中A的机械能守恒
2分
得vAP =
,A能到达P点,在P点处,轨道对A的支持力提供其做圆周运动的向心力
2分
由牛顿第三定律可知,A对轨道的压力
,方向水平向右
1分