题目内容

如图所示,半径为R,内表面光滑的半球形容器放在光滑的水平面上,容器左侧靠在竖直墙壁.一个质量为m的小物块,从容器顶端A无初速释放,小物块能沿球面上升的最大高度距球面底部B的距离为R.求:

(1)竖直墙作用于容器的最大冲量;

(2)容器的质量M

答案:
解析:

  (1)物体由A滑到B的过程中,容器不脱离墙,物块由B沿球面向上滑时,物块对容器的作用力有一水平向右的分量,容器将脱离墙向右运动.因此,物块由AB动量变化量最大,受容器的冲量最大,竖直墙作用于容器的冲量也最大.

  物块由AB机械能守恒,设物块滑到B的速度为vB,则

  ∴  ①

  物块动量变化量方向沿水平方向.容器作用于物块的冲量为

  容器不动,墙对容器的冲量,方向水平向右,这是最大冲量.

  (2)物块从B处上升,容器向右运动过程中,系统水平方向动量守恒.物块上升到最高处相对容器静止的时刻,物块与容器具有共同的水平速度,设它为v,则由动量守恒定律得  ②

  系统机械能守恒  ③

  联立①②③式解得  M=3 m


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