题目内容


如图所示,足够长光滑水平轨道与半径为R的光滑四分之一圆弧轨道相切。现从圆弧轨道的最高点由静止释放一质量为m的弹性小球A,当A球刚好运动到圆弧轨道的最低点时,与静止在该点的另一弹性小球B发生没有机械能损失的碰撞。已知B球的质量是A球的k倍,且两球均可看成质点。

(1)若碰撞结束的瞬间,A球对圆弧轨道最低点压力刚好等于碰前其压力的一半,求k的可能取值:

(2)若k已知且等于某一适当的值时,A、B两球在水平轨道上经过多次没有机械能损失的碰撞后,最终恰好以相同的速度沿水平轨道运动。求此种情况下最后一次碰撞A球对B球的冲量。


【知识点】机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力;动量定理.C2 E3 D4 F1

【答案解析】(1) 或 (2)   解析: (1)设A球到达圆弧轨道最低点时速度为v0

              

                      

     解得或

(2)设最后一次碰撞前A、B两球的速度分别为vA、vB,最终两球的速度大小均为v

     另

动量定理:

解得

【思路点拨】(1)小球A沿圆弧滚下过程机械能守恒,受到的重力和支持力的合力提供向心力;碰撞过程系统机械能守恒,同时系统动量守恒,小球A、B受到的重力和支持力的合力均提供向心力;
(2)对碰撞过程运用机械能守恒定律列式,同时根据结合动量守恒定律列式,求出碰撞前后的速度,最后根据动量定理球最后一次碰撞A球对B球的冲量.本题关键是碰撞前A球机械能守恒,碰撞过程两球系统机械能守恒,动量也守恒,同时根据动量定理列式求解.


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