题目内容

有两个完全相同的小滑块A和B,A沿光滑水平面以速度v0与静止在平面边缘O点的B发生正碰,碰撞中无机械能损失.碰后B运动的轨迹为OD曲线,如图所示.

(1)已知滑块质量为m,碰撞时间为Δt,求碰撞过程中A对B平均冲力的大小.

(2)为了研究物体从光滑抛物线轨道顶端无初速下滑的运动,特制做一个与B平抛轨道完全相同的光滑轨道,并将该轨道固定在与OD曲线重合的位置,让A沿该轨道无初速下滑(经分析,A下滑过程中不会脱离轨道).

a.分析A沿轨道下滑到任意一点的动量pA与B平抛经过该点的动量pB的大小关系;

b.在OD曲线上有一M点,O和M两点连线与竖直方向的夹角为45°.求A通过M点时的水平分速度和竖直分速度.

答案:
解析:

  解析:(1)滑块A与B正碰,满足动量守恒、机械能守恒,有:

  mvA-mVB=mv

  =

  由以上两式,解得vA=0,vB=v0

  对滑块B,根据动量定理有

  解得

  (2)a.设任意点到O点竖直高度差为d.A、B由O点分别运动至该点过程中,只有重力做功,机械能守恒.

  选该任意点为势能零点,则有:EA=mgd,EB=mgd+

  由于p=,有=<1

  可见PA<PB,即A下滑到任意一点的动量总是小于B平抛经过该点的动量.

  b.以O为原点,建立直角坐标系xOy,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向下,根据平抛运动知识,对B有:,

  可解得B的轨迹方程为:

  在M点有:x=y,则

  因为A、B的运动轨迹均为OD曲线,故在任意一点,两者速度方向相同.设B水平和竖直分速度大小分别为vBx和vBy,速率为vB;A水平和竖直分速度大小分别为vAx和vAy,速率为vA;则,.

  B做平抛运动,故,,

  对滑块A,由机械能守恒定律得vA=2 gyM

  结合以上三式,可得:,

  将③代入得:,


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