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精英家教网某个星球的半径与地球半径相等,质量是地球质量的4倍.在该星球表面有如图所示的半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内,质量为m的小球A,以竖直向下的速度v从与圆心等高处开始沿轨道向下运动,与静止于轨道最低点的B球相撞,碰撞后A、B球恰能分别到达左右两边与圆心等高处.已知地球表面的重力加速度为g.试求:
(1)该星球表面重力加速度g1;
(2)小球B的质量M;
(3)第一次碰撞刚结束时小球A对轨道的压力大小.
分析:(1)根据在星球表面万有引力等于重力可解出结果.
(2)根据机械能守恒取出两球碰撞前后速度,然后根据碰撞过程动量守恒列方程求解即可.
(3)在最低根据向心力公式列出方程即可求解.
解答:解:(1)设地球质量为m,半径为r,星球的质量为m1,半径为r1,表面的重力加速度为g1,根据
GM
r2
=mg
有:
g1
g
=
m1r2
m
r
2
1
,所以:g1=4g.
故该星球表面重力加速度g1=4g.   
(2)设小球在A在与B球相撞前速度的大小为v1,根据机械能守恒:
mg1R+
1
2
mv2=
1
2
m
v
2
1

得:v1=
8gR+v2

由于碰撞后A、B球都恰能达到与圆心等高处,所以第一次碰撞刚结束时小球A、B的速度大小相等,方向相反.设速度大小为v2,根据机械能守恒:
1
2
m
v
2
2
=mg1R

所以有:
v2=
2g1R
=
8gR

设小球B的质量为M,根据动能守恒
mv1=Mv2-mv2
解得:M=m(1+
1+
v2
8gR
)

故小球B的质量为:M=m(1+
1+
v2
8gR
)
.
(3)设第一次碰撞结束时小球A对轨道的压力大小为FN,轨道对小球A的支持力为
F
′
N

根据牛顿第三定律有:FN=
F
′
N

根据牛顿第二定律:
F
′
N
-mg1=m
v
2
2
R

解得:FN=
F
′
N
=12mg

故第一次碰撞刚结束时小球A对轨道的压力大小为12mg.
点评:本题涉及知识点比较全面,全方位的考查了学生对物理知识的掌握情况,在平时练习中要加强这方面的训练.
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