题目内容

4.光滑水平面上,用轻质弹簧连接的质量为mA=2kg,mB=3kg的A、B两物体都处于静止状态,此时弹簧处于原长状态.将质量为mC=5kg的物体C,从半径为R=3.2m的$\frac{1}{4}$光滑圆周轨道最高点由静止释放,如图所示,圆周轨道的最低点与水平面相切,B与C碰撞后粘在一起运动,求:
(1)物体C刚滑到水平面时的速度大小;
(2)B、C碰撞刚结束时的瞬时速度的大小;
(3)在以后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能.

分析 (2)根据动能定理求出C物体下滑到水平面的速度大小.
(2)B、C碰撞过程中,B、C组成的系统动量守恒,根据动量守恒定律求解碰撞刚结束时的瞬时速度的大小;
(3)在以后的运动过程中,当A、B、C三者速度相等时,弹簧的弹性势能最大,根据动量守恒定律以及能量守恒定律列式求解即可.

解答 解:(1)对物体C下滑过程,根据动能定理得:
${m_C}gR=\frac{1}{2}{m_C}{v_1}^2-0$
代入数据得:v1=8m/s                       
(2)设物体B、C碰撞后的瞬时速度为v2,以物体C的速度方向为正方向.由动量守恒定律得:
mCv1=(mB+mC)v2
代入数据得:v2=5m/s            
(3)当物体A、B、C三者的速度相等时,弹簧的弹性势能最大.设此时三个物体的速度为v3.由动量守恒定律得:
(mB+mC)v2=(mA+mB+mC)v3 …①
根据能量守恒定律得:$\frac{1}{2}({m_B}+{m_C}){v_2}^2=\frac{1}{2}({m_A}+{m_B}+{m_C}){v_3}^2+{E_p}$…②
联立①②得:EP=20J               
答:(1)物体C刚滑到水平面时的速度大小是8m/s;
(2)B、C碰撞刚结束时的瞬时速度的大小是5m/s;
(3)在以后的运动过程中,弹簧的最大弹性势能是20J.

点评 本题要分析清楚物体的运动过程,应用动量守恒定律与能量守恒定律可以正确解题,注意要规定正方向.

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