Question

【題目】（18分）如圖所示，MN是水平軌道，NP是傾角θ=45°的無限長斜軌道，長為L=0.8m的細(xì)線一端固定在O點，另一端系著質(zhì)量為mB=2kg小球B，當(dāng)細(xì)線伸直時B球剛好與MN軌道接觸但沒有擠壓。開始時細(xì)線伸直，B球靜止在MN軌道上，在MN軌道上另一個質(zhì)量為mA=3kg小球A以速度v0向右運(yùn)動。（不計一切摩擦及空氣阻力，重力加速度g=10m/s2）

（1）若A、B球發(fā)生彈性碰撞后B能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，求v0的取值范圍。

（2）在滿足（1）的條件下，軌道NP上有多長的距離不會被A球擊中？

Answer 1

【答案】（1）m/s或m/s （2）m

【解析】（1）A、B兩球發(fā)生彈性碰撞，由動量守恒定律得（2分）

由機(jī)械能守恒定律得（2分）

解得，（1分）

碰后B球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，有兩種情況：

第一種情況，B球在豎直面內(nèi)做完整的圓周運(yùn)動，則它到最高點的速度（1分）

由機(jī)械能守恒定律得：（1分）

解得：m/s（1分）

第二種情況，B球運(yùn)動的最大高度不超過L（1分）

由機(jī)械能守恒定律得：（1分）

解得：（1分）

v0的取值范圍為m/s或m/s（1分）

（2）由上可知：碰后A球的速度m/s或m/s（1分）

A球離開水平軌道后做平拋運(yùn)動，有，，又由幾何關(guān)系知（2分）

解得A球落到斜軌道上與N點的距離（1分）

解得：m或m（1分）

故軌道NP上不會被A球擊中的距離（1分）