如图所示,一内壁光滑的环形细圆管固定在水平桌面上,环内间距相等的三位置处,分别有静止的大小相同的小球A、B、C,质量分别为m1=m,m2=m3=1.5m,它们的直径略小于管的直径

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,一内壁光滑的环形细圆管固定在水平桌面上,环内间距相等的三位置处,分别有静止的大小相同的小球A、B、C,质量分别为m1=m,m2=m3=1.5m,它们的直径略小于管的直径,小球球心到圆环中心的距离为R,现让A以初速度v0沿管顺时针运动,设各球之间的碰撞时间极短,A和B相碰没有机械能损失,B与C相碰后能结合在一起,称为D.求:
(1)A和B第一次相碰后各自的速度大小;
(2)B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小;
(3)A和B第一次相碰后,到A和D相碰经过的时间.
魔方格

◎ 答案

(1)设A、B碰撞后速度分别为v1、v2,根据动量守恒和机械能两守恒得:
     mv0=mv1+1.5mv2
    
1
2
m
v20
=
1
2
m
v21
+
1
2
?1.5m
v22

联立解得:
     v1=-
1
5
v0
(负号表示A球逆时针返回),v2=
4
5
v0

(2)由上面解答可知,BC首先要碰撞,设B和C相碰结合在一起后速度为v3,则由动量守恒有:
 1.5mv2=3mv3
得:v3=
1
2
v2
=
2
5
v0

设管对球沿水平方向的压力N,此力提供D球做匀速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:
    N=3m?
v23
R
=
12m
v20
25R

由牛顿第三定律得知,B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小:
N′=N=
12m
v20
25R

(3)A、B碰后,B经时间t1与C相碰,再经时间t2,D与A相碰
    t1=
2πR
3v2
=
5πR
6v0

从A和B第一次相碰后,到D与A相碰:
v3t2+|v1|?(
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