题目内容

如图所示,圆管构成的半圆形竖直轨道固定在水平地面上,轨道半径R为5m,MN为直径且与水平面垂直,直径略小于圆管内径的小球A以某一初速度从N点冲进轨道,到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生弹性碰撞,碰后A、B两球交换速度,B球水平飞出轨道,落地点距N点距离为10m;A球从最高点初速度为零沿原路返回,水平地面的动摩擦系数μ为0.5。重力加速度g取10m/s2,忽略圆管内径,空气阻力及圆管内部摩擦不计,求:

(1)B球从水平飞出轨道到落地的时间;

(2)小球A冲进轨道时初速度的大小;

(3)A、B两球最终在水平面上的距离(设B球落地后不再运动)。

(1)B球飞出轨道后做平抛运动,竖直方向分运动为自由落体运动,有:2Rgt2,               (2分)

解得t=2=s(1.41s),  (2分)

(2)设球A的质量为m,A碰B前速度大小为VA,把球A冲进轨道最低点位置的重力势能定为0,由机械能守恒定律知mV02mVA2mg·2R,(2分)

B球飞出轨道后做平抛运动,水平方向分运动为匀速直线运动,设B球速度为VB,有SBVBtVAt,得VA=5m/s,则:V0==5m/s(15.81m/s),    (2分)

(3)A球再次经N点向右滑出,mVA22mg·2R,    (1分)

速度为VA2==10m/s(14.14m/s),         (1分)

=20m,                       (1分)(A向右运动碰撞原来静止的B球,则A、B两球速度交换,A停在原B球的位置不动,B球以A球的速度继续前进,最终静止。)

则A、B间距为 =10m。                (1分)

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