题目内容

质量为M的圆薄板与质量为m的小球用轻绳连接,开始时板与球紧挨,在它们正下方h=0.2m处有一固定支架C,支架上有一半径为R′的圆孔,圆孔直径小于圆薄板的直径,圆板中心和圆孔中心在同一竖直线上,如图所示.让薄板与小球同时自由下落,圆薄板与C孔发生弹性碰撞(没有机械能损失),圆板M与孔C发生第一次碰撞后分离,直到轻绳第一次绷紧,为使轻绳第一次绷紧时,板与球的共同速度v共方向竖直向下,求在下列条件下轻绳长度应满足的条件:

 

答案:见详解
解析:

本题有如下几个重要过程:

(1)Mm做自由落体运动,机械能守恒.

(2)圆板M与孔C碰后,Mm分别以大小相等的初速度,向上做竖直上抛运动和向下的竖直下抛运动.由于重力Mgmg的冲量作用,使圆板向上的动量MVm不断减小,小球向下的动量mvm不断增大.

(3)随着时间的延续,圆板与小球的总动量可以由方向向上演变成方向向下,此时小球向下的动量应大于圆板向上的动量,用此关系可求出所需要的时间.然后用运动学位移公式可求出绳的最小长度.

代入(5),得L1=2v0t=0.64m由(6)(7)可得绳的最大长度L2应满足

则绳长L应为0.64m<L<1.6m

 


提示:

考查动量定理。


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