题目内容
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求:(1)小球B的初速度v0大小
(2)AB球碰后粘在一起,在半圆轨道上,运动的最大速度?
(3)AB球在速度最大时,球对轨道的压力大小?
分析:(1)两球相碰的过程中满足动量守恒定律,b到c的过程中重力做功,机械能守恒;小球离开c后做平抛运动,使用平抛运动的公式即可解题;
(2)两球在等效最低点时的速度最大,确定该最低点的位置,算出外力的总功,使用动能定理即可;
(3)小球在圆轨道内,轨道对小球的支持力与重力、电场力的合力提供向心力.
(2)两球在等效最低点时的速度最大,确定该最低点的位置,算出外力的总功,使用动能定理即可;
(3)小球在圆轨道内,轨道对小球的支持力与重力、电场力的合力提供向心力.
解答:解:(1)设AB在c点时的速度为VC,AB离开轨道后做平抛运动,
水平方向:L=vCt,竖直方向:h=
gt2,
解得:vC=1m/s,
在AB碰后由a运动到b的过程中,由动能定理得:
-(m+M)g2R=
(m+M)
-
(m+M)v2,
解得:v=
m/s,
A、B组成的系统动量守恒,以两球组成的系统为研究对象,
以B球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv0=(M+m)v,
解得:v0=
m/s;
(2)电场力:F=qE=8
N,重力G=mg=8N,
两者合力F合=16N,方向与竖直方向成60°,
当AB运动到所在位置半径与竖直方向成60°时,速度最大,
在这过程中,由动能定理得:
qERsin60°-(m+M)gR(1-cos60°)=
(m+M)
-
(m+M)v2,
解得:vmax=5m/s;
(3)在速度最大位置,由牛顿第二定律得:
FN-F合=
,
解得:FN=66N;
由牛顿第三定律,球对轨道的压力大小:FN′=FN=66N;
答:(1)小球B的初速度v0大小为
m/s;
(2)AB球碰后粘在一起,在半圆轨道上,运动的最大速为5m/s;
(3)AB球在速度最大时,球对轨道的压力大小为66N.
水平方向:L=vCt,竖直方向:h=
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解得:vC=1m/s,
在AB碰后由a运动到b的过程中,由动能定理得:
-(m+M)g2R=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 c |
| 1 |
| 2 |
解得:v=
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A、B组成的系统动量守恒,以两球组成的系统为研究对象,
以B球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:
Mv0=(M+m)v,
解得:v0=
4
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(2)电场力:F=qE=8
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两者合力F合=16N,方向与竖直方向成60°,
当AB运动到所在位置半径与竖直方向成60°时,速度最大,
在这过程中,由动能定理得:
qERsin60°-(m+M)gR(1-cos60°)=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 max |
| 1 |
| 2 |
解得:vmax=5m/s;
(3)在速度最大位置,由牛顿第二定律得:
FN-F合=
m
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| R |
解得:FN=66N;
由牛顿第三定律,球对轨道的压力大小:FN′=FN=66N;
答:(1)小球B的初速度v0大小为
4
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(2)AB球碰后粘在一起,在半圆轨道上,运动的最大速为5m/s;
(3)AB球在速度最大时,球对轨道的压力大小为66N.
点评:在本题中物体不仅受重力的作用,还有电场力,在解题的过程中,一定要分析清楚物体的受力和运动过程,两球在碰撞过程中动量守恒,碰后b到c的过程机械能守恒,b到最低点的过程机械能不守恒.题目中物体的运动过程比较复杂,在解题时一定分析清楚运动过程.
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