14.(04安徽春季理综34)如图所示,abc是光滑的轨道,其中ab是水平的,bc为与ab相切的位于竖直平面内的半圆,半径R=0.30 m,质量m=0.20 kg的小球A静止在轨道上,另一质量M=0.60  kg,速度v0=5.5 m/s的小球B与小球A正碰.已知相碰后小球A经过半圆的最高点c落到轨道上距b点为l=4R处,重力加速度g=10 m/s,求: 

(1)碰撞结束后,小球A和B的速度的大小;

(2)试论证小球B是否能沿着半圆轨道到达c点.

答案  (1)6.0 m/s   3.5 m/s?  (2)不能 

解析  (1)以v1表示小球A碰后的速度,v2表示小球B碰后的速度,v1′表示小球A在半圆最高点的速度,t表示小球A从离开半圆最高点到落在轨道上经过的时间,则有:

v1′t=4R                      ①

gt2=2R                             ②

mg(2R)+mv1′2=mv12            ③

Mv0=mv1+Mv2                        ④

由①②③④求得 

v1=2  v2=v0-2

代入数值得 

v1=6 m/s

v2=3.5 m/s? 

(2)假定B球刚能沿着半圆的轨道上升到c点,则在c点时,轨道对它的作用力等于零,以vc表示它在c点的速度,vb表示它在b点相应的速度,由牛顿定律和机械能守恒定律,有 

Mg=M

Mvc2+Mg(2R)= Mvb2 

解得

vb= 

代入数值得vb=3.9 m/s? 

由v2=3.5 m/s,可知v2<vb,所以小球B不能达到半圆轨道的最高点. 

13.(04江苏15)如图所示,半径为R、圆心为O的大圆环固定在竖直平面内,两个轻质小圆环套在大圆环上.一根轻质长绳穿过两个小圆环,它的两端都系上质量为m的重物,忽略小圆环的大小。

  ⑴将两个小圆环固定在大圆环竖直对称轴的两侧的位置上(如图).在两个小圆

环间绳子的中点C处,挂上一个质量M= m的重物,使两个小圆环间的绳子水平,然后无初速释放重物M.设绳子与大、小圆环间的摩擦均可忽略.求重物M下降的最大距离;

  ⑵若不挂重物M,小圆环可以在大圆环上自由移动,且绳子与大、小圆环及大、小圆环之间的摩擦均可以忽略.问两个小圆环分别是在哪些位置时,系统可处于平衡状态?

  答案  h=R 

  解析  ⑴重物向下先做加速运动、后做减速运动,当重物速度为零时,下降的距离最大,设下降的最大距离为h,由机械能守恒定律得  Mgh=2mg[ ]  解得  h=

⑵系统处于平衡状态时,两个小环的位置为

a.两小环同时位于大圆环的底端

 b.两小环同时位于大圆环的顶端 

c.两小环一个位于大圆环的顶端,另一个位于大圆环的底端 

d.除上述情况外,根据对称可知,系统如能平衡,则两小圆环的位置一定关于大圆环

竖直对称轴对称.设平衡时,两小圆环在大圆环竖直以对称两侧角的位置上(如图

所示).对于重物m,受绳子拉力T与重力mg作用,有T=mg.对于小圆环,受到三个

力的作用,水平绳子的拉力T、竖直绳子的拉力T、大圆环的支持力N,两绳子的拉力沿大圆环切向分力大

小相等,方向相反T sin =T sin  得  ,而,所以.

11.(05全国卷Ⅰ24)如图,质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,A、B都处于静止状态.一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A,另一端连一轻挂钩.开始时各段绳都处于伸直状态,A上方的一段绳沿竖

直方向.现在挂钩上挂一质量为m3的物体C并从静止状态释放,已知它恰好能使B离开

地面但不继续上升.若将C换成另一个质量为(m1+m3)的物体D,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次B刚离地时D的速度的大小是多少?已知重力加速度为g。

答案  g 

解析  解法一  开始时,A、B静止,设弹簧压缩量为x1,有 

kx1=m1g                                        ① 

挂C并释放后,C向下运动,A向上运动,设B刚要离地时弹簧伸长量为x2,有 

kx2=m2g                                        ② 

B不再上升表示此时A和C的速度为零,C已降到其最低点.由机械能守恒,与初始状态相比,弹簧弹性势能的增加量为ΔE=m3g(x1+x2)-m1g(x1+x2)                     ③ 

C换成D后,当B刚离地时弹簧弹性势能的增量与前一次相同,设此时A、D速度为v,由能量关系得 

(m3+m1)v2+m1v2=(m3+m1)g(x1+x2)-m1g(x1+x2)-ΔE       ④

由①~④式得 

v=g  

解法二  能量补偿法 

据题设,弹簧的总形变量即物体A上升的距离为 

h=                                   ① 

第二次释放D与第一次释放C相比较,根据能量守恒,可得 

m1gh=(2m1+m3)v2                              ② 

由①②得 

v=g  

 0  398473  398481  398487  398491  398497  398499  398503  398509  398511  398517  398523  398527  398529  398533  398539  398541  398547  398551  398553  398557  398559  398563  398565  398567  398568  398569  398571  398572  398573  398575  398577  398581  398583  398587  398589  398593  398599  398601  398607  398611  398613  398617  398623  398629  398631  398637  398641  398643  398649  398653  398659  398667  447090 

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