试题与答案

光滑水平轨道与半径为R的光滑半圆形轨道在B处连接,一质量为m2的小球静止在B处,

题型:问答题

题目:

光滑水平轨道与半径为R的光滑半圆形轨道在B处连接,一质量为m2的小球静止在B处,而质量为m1的小球则以初速度v0向右运动,当地重力加速度为g,当m1与m2发生弹性碰撞后,m2将沿光滑圆形轨道上升,问:

(1)当m1与m2发生弹性碰撞后,m2的速度大小是多少?

(2)当m1与m2满足m2=km1(k>0),半圆的半径R取何值时,小球m2通过最高点C后,落地点距离B点最远.

答案:

(1)以两球组成的系统为研究对象,

由动量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2

由机械能守恒定律得:

1
2
m1v02=
1
2
m1v12+
1
2
m2v22

解得:v2=

2m1v0
m1+m2

(2)小球m2从B点到达C点的过程中,

由动能定理可得:-m2g×2R=

1
2
m2v22-
1
2
m2v22

解得:v2′=

v22
-4gR
=
(
2m1v0
m1+m2
)2-4gR
=
(
2v0
1+k
)2-4gR

小球m2通过最高点C后,做平抛运动,

竖直方向:2R=

1
2
gt2

水平方向:s=v2′t,

解得:s=

(
2v0
1+k
)2
4R
g
-16R2

由一元二次函数规律可知,

当R=

v20
2g(1+k)2
时小m2落地点距B最远.

答:(1)m2的速度大小是

2m1v0
m1+m2

(2)半圆的半径R=

v20
2g(1+k)2
时,小球m2通过最高点C后,落地点距离B点最远.

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