如图所示,质量均为m的A、B两球间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态,放置在水平面上竖直光滑的发射管内(两球的大小尺寸和弹簧尺寸都可忽略,它们整体视为质点),解除锁定时,A球

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动量守恒定律/2022-11-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,质量均为m的A、B两球间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态,放置在水平面上竖直光滑的发射管内(两球的大小尺寸和弹簧尺寸都可忽略,它们整体视为质点),解除锁定时,A球能上升的最大高度为H.现让两球包括锁定的弹簧从水平面出发,沿光滑的半径为R的半圆槽从左侧由静止开始下滑,滑至最低点时,瞬间解除锁定.求:
(1)两球运动到最低点弹簧锁定解除前所受轨道的弹力;
(2)A球离开圆槽后能上升的最大高度.
魔方格

◎ 答案

(1)A、B系统由水平位置滑到轨道最低点时速度为v0,根据机械守恒定律
2mgR=
1
2
2m v02                                 ①
设轨道对小球的弹力为F,根据牛顿第二定律F-2mg=2m
v20
R

得  F=6mg                                        ③
(2)解除锁定后弹簧将弹性势能全部转化为A、B的机械能,则弹性势能为
EP=mgH                                   ④
解除锁定后A、B的速度分别为vA、vB,解除锁定过程中动量守恒2mv0=mvB+mvA
系统机械能守恒
1
2
2mv02+EP=
1
2
m vA2+
1
2
m vB2                      ⑥
联立上述各式得vA=

2gR
±

gH

正号舍去  vA=

2gR
-

gH

设球A上升的高度为h,球A上升过程机械能守恒
mg(h+R)=
1
2
m vA2                                    ⑨
整理后得 h=
H
2
-

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