小球b静止在高度为H=1m的光滑平台上A处,另一小球a以水平向右的初速度v0=6m/s与小球b发生无动能损失的正碰,设a、b碰撞时间极短.小球a、b的质量分别为ma=1kg和mb=2kg.小球b碰

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

小球b静止在高度为H=1m的光滑平台上A处,另一小球a以水平向右的初速度v0=6m/s与小球b发生无动能损失的正碰,设a、b碰撞时间极短.小球a、b的质量分别为ma=1kg和mb=2kg.小球b碰后沿着一段粗糙的曲面进入一半径为R=0.4m的光滑竖直圆轨道中恰能通过最高点C.(g=10m/s2)求:
(1)小球b通过圆轨道最低点B时对轨道的压力大小.
(2)小球b在粗糙曲面上运动过程中克服摩擦力做的功.

◎ 答案

(1)设小球a、b碰后的速度分别为v1和v2,由动量守恒和碰撞前后系统动能相等:
mav0=mav1+mbv2           ①
1
2
mav02=
1
2
mav12+
1
2
mbv22
    ②
 解①和②得:v1=-2m/s,v2=4m/s 
∵v1=-2m/s说明碰后小球a反方向向左运动,小球b以v2=4m/s的初速度沿曲面向下进入圆轨道,在圆轨道最高点由重力提供向心力得:
mbg=mb
v2
R

得小球在最高点C的速度v=

gR
 
 小球b从最低点到最高点的运动过程中,由机械能守恒得:
1
2
mbv2=
1
2
mbv2+2mbgR

解得:v=

5gR

在最低点时,小球受到地面的支持力和重力的合力提供向心力:
FN-mbg=mb
v2
R
得:
FN=mb
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v2
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