摘要:如图13-1所示.物体A从高h的P处沿光滑曲面从静止开始下滑.物体B用长为L的细绳竖直悬挂在O点且刚和平面上Q点接触.已知mA=mB.高h及S.若A和B碰撞时无能量损失.(1)若L≤h/4.碰后A.B各将做什么运动?(2)若L=h.且A与平面的动摩擦因数为μ.A.B可能碰撞几次?A最终在何处? 分析与解:当水平部分没有摩擦时.A球下滑到未碰B球前能量守恒.与B碰撞因无能量损失.而且质量相等.由动量守恒和能量守恒可得两球交换速度.A 停在Q处.B碰后可能做摆动.也可能饶 O点在竖直平面内做圆周运动.如果做摆动.则经一段时间.B反向与A相碰.使A又回到原来高度.B停在Q处.以后重复以上过程.如此继续下去.若B做圆周运动.B逆时针以O为圆心转一周后与A相碰.B停在Q处.A向右做匀速运动.由此分析.我们可得本题的解如下: (1)A与B碰撞前A的速度:mgh=mVA2.VA= 因为mA=mB.碰撞无能量损失.两球交换速度.得:VA’=0.VB’=VA= 设B球到最高点的速度为Vc.B做圆周运动的临界条件:mBg=mBV2/L [1] 又因mBVB`2=mBV2+mBg2L [2] 将[1]式及VB’=代入[2]式得:L=2h/5 即L≤2h/5时.A.B碰后B才可能做圆周运动.而题意为L=h/4<2h/5.故A与B碰后.B必做圆周运动.因此(1)的解为:A与B碰后A停在Q处.B做圆周运动.经一周后.B再次与A相碰.B停在Q处.A向右以速度做匀速直线运动. (2)由上面分析可知.当L=h时.A与B碰后.B只做摆动.因水平面粗糙.所以A在来回运动过程中动能要损失.设碰撞次数为n.由动能定理可得: mAgh-nμmAgS=0 所以n=h/μS 讨论:若n为非整数时.相碰次数应凑足整数数目. 如n=1.2.则碰撞次数为两次. 当n为奇数时.相碰次数为(n-1)次.如n=3.则相碰次数为两次.且A球刚到达Q处将碰B而又未碰B, 当n为偶数时.相碰次数就是该偶数的数值.如n=4.则相碰次数为四次.球将停在距B球S处的C点.A球停留位置如图13-2所示.

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