Question

如圖所示，圓管構(gòu)成的半圓形軌道豎直固定在水平地面上，軌道半徑為R，MN為直徑且與水平面垂直，直徑略小于圓管內(nèi)徑的小球A以某一速度沖進(jìn)軌道，到達(dá)半圓軌道最高點(diǎn)M時(shí)與靜止于該處的質(zhì)量與A相同的小球B發(fā)生碰撞，碰后兩球粘在一起飛出軌道，落地點(diǎn)距N為2R．重力加速度為g，忽略圓管內(nèi)徑，空氣阻力及各處摩擦均不計(jì)，求
（1）粘合后的兩球從飛出軌道到落地的時(shí)間t；
（2）小球A沖進(jìn)軌道時(shí)速度v的大�。�
（3）小球A與小球B球碰撞前瞬間對(duì)軌道的壓力多大？方向如何？

Answer 1

分析：（1）平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)高度求出平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
（2）根據(jù)落地的水平位移求出結(jié)合體的初速度，根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出A球與B球碰撞前的速度，再根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出小球A沖進(jìn)軌道時(shí)速度v的大小．
（3）根據(jù)牛頓第二定律，通過(guò)豎直方向上的合力提供向心力求出軌道對(duì)球的作用力，從而求出球?qū)�軌道的壓力�?/div>

解答：解：（1）粘合后的兩球飛出軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)，有：2R=

1

2

gt2…①
解得：t=2

R g

…②
（2）設(shè)球A的質(zhì)量為m，碰撞前速度大小為v₁，把球A沖進(jìn)軌道最低點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能定為0，由機(jī)械能守恒定律知：
 

1

2

mv2=

1

2

m

v

2 1

+2mgR…③
設(shè)碰撞后粘合在一起的兩球速度大小為v₂，由動(dòng)量守恒定律知：mv₁=2mv₂₂…④
飛出軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，有：2R=v₂t…⑤
 綜合②③④⑤式得：v=2

2gR

（3）N+mg=m

v 2 1

R

 N=3mg
根據(jù)牛頓第三定律  N′=3mg   方向豎直向上．
答：（1）粘合后的兩球從飛出軌道到落地的時(shí)間為t=2

R g

．
（2）小球A沖進(jìn)軌道時(shí)速度v的大小v=2

2gR

．
（3）小球A與小球B球碰撞前瞬間對(duì)軌道的壓力為3mg，方向豎直向上．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律和牛頓第二定律，綜合性較強(qiáng)，關(guān)鍵是理清過(guò)程，選擇合適的規(guī)律進(jìn)行求解．