题目内容

如图所示,在同一竖直上,质量为2m的小球A静止在光滑斜面的底部,斜面高度为H=2L。小球受到弹簧的弹性力作用后,沿斜面向上运动。离开斜面后,运动到最高点时与静止悬挂在此处的小球B发生碰撞(碰撞过程无动能损失);碰撞后球B刚好能摆到与悬点O同一高度,球A沿水平方向抛射落在水平面C上的P点,O点的投影O'与P的距离为L/2。已知球B质量为m,悬绳长L,视两球为质点,重力加速度为g,不计空气阻力,求:

(1)碰后瞬间B球的速度大小

(2)碰后在球B摆动过程中悬绳的最大拉力;

(3)球A在两球碰撞后一瞬间的速度大小

(4)弹簧的弹性力对球A所做的功。

 


(18分)解:(1)设碰撞后的一瞬间,球B的速度为vBَ,由于球B恰好与悬点O同一高度,根据动能定理:

    ①    2分

           ②    2分

(2) 球A在摆动过程中,在最低点绳的拉力最大,由牛顿定律:

      T-mg=.mVBَ²/L      2分

     所以  T=3mg       2分

(3)球A达到最高点时,只有水平方向速度,与球B发生弹性碰撞.设碰撞前的一瞬间,球A水平方向速度为vx.碰撞后的一瞬间,球A速度为vx/.

球A、B系统碰撞过程中水平方向动量守恒、机械能守恒:

              ③     2分

  ④     2分

由②③④解得:        ⑤

                ⑥

故,.碰撞后的一瞬间,球A速度为          1分

(4)碰后球A作平抛运动.设从抛出到落地时间为t,平抛高度为y,则:

   ⑦      1分

  ⑧     1分

由⑤⑦⑧得:y=L

以球A为研究对象,弹簧的弹力所做的功为W,从静止位置运动到最高点过程,由动能定理得:

⑨      2分

由⑦⑧⑨得:

W= 57mgL /8                    1分

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