Question

（14分）如圖10所示，半徑為R的光滑圓弧軌道豎直放置，底端與光滑的水平軌道相接，質量為m₂的小球B靜止光滑水平軌道上，其左側連接了一輕質彈簧，質量為m₁的小球A自圓弧軌道的頂端由靜止釋放，重力加速度為g，小球可視為質點。求：
（1）小球A撞擊輕質彈簧的過程中，彈簧的最大彈性勢能為多少？
（2）要使小球A與小球B能發(fā)生二次碰撞，m₁與m₂應滿足什么關系？

Answer 1

（1）（2）

（1）設A球到達圓弧底端時的速度為v₀，根據機械能守恒定律有：
                ……①        （1分）
當A、B兩球速度相同時，彈簧的彈性勢能最大，設共同速度為v
根據動量守恒定律有：             ……②        （2分）
根據機械能守恒定律有：   ……③        （2分）
聯立①②③解得：                 ……④        （1分）
（2）設A、B碰撞后的速度分別為v₁和v₂
根據動量守恒定律有：            ……⑤       （1分）
根據機械能守恒定律有：      ……⑥        （1分）
聯立⑤⑥解得：                        （2分）
要使A、B兩球能發(fā)生二次碰撞，必須滿足      ……⑨
則有：                         ……⑩      （2分）
解得：                                  ……12      （2分）
或               （不符合事實，舍去）
本題考查動量守恒定律和功能關系，小球由最高點到最低點，由動能定律求得最低點速度，當彈簧彈性勢能最大時，兩球速度相同，在與彈簧作用過程中系統(tǒng)機械能守恒，兩小球動能的減小量轉化為彈簧的彈性勢能。列式求解