如图所示,A、B两球质量均为m,之间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态.弹簧的长度、两球的大小均忽略,整体视为质点,该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下

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,A、B两球质量均为m,之间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态.弹簧的长度、两球的大小均忽略,整体视为质点,该装置从半径为R的竖直光滑圆轨道左侧与圆心等高处由静止下滑,滑至最低点时,解除对弹簧的锁定状态之后,B球恰好能到达轨道最高点.
(1)求弹簧处于锁定状态时的弹性势能.
(2)求A上升的最大高度.(答案可以保留根号)

◎ 答案

(1)设A、B系统滑到圆轨道最低点时锁定为v0,解除弹簧锁定后A、B的速度分别为vA、vB,B到轨道最高点的速度为v,则有
2mgR=
1
2
×2m
v20

解得:v0=

2gR

弹簧解锁的过程中系统满足动量守恒定律和能量守恒,所以有:
2mv0=mvA+mvB
1
2
?2m
v20
+EP=
1
2
m
v2A
+
1
2
m
v2B

对B在最高点:mg=
mv2
R

解除锁定后B上升的过程中机械能守恒:
1
2
m
v2B
=mg?2R+
1
2
mv2

联立以上各式,解得EP=(7-2

10
)mgR

(2)小球A在上升的过程中机械能守恒,得:
1
2
m
v2A
=mghA

解得:hA=(6.5-2

10
)R

答:(1)弹簧处于锁定状态时的弹性势能EP=(7-2
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