Question

如圖所示，凹槽的水平底面寬度s=0.3m，左側(cè)高度H=0.45m，右側(cè)高度h=0.25m．凹槽的左側(cè)豎直面與半徑R=0.2m的1/4光滑圓弧軌道相接，A和B分別是圓弧的端點(diǎn)，右側(cè)豎直面與水平面MN相接．小球P₁靜止從A點(diǎn)沿圓弧軌道滑下，與靜置于B點(diǎn)的小球P₂發(fā)生彈性碰撞．P₂的質(zhì)量m=1kg，P₁的質(zhì)量是P₂質(zhì)量的k倍．已知重力加速度g=10m/s²，不計(jì)空氣阻力．
（1）求小球P₁從圓弧軌道滑至B點(diǎn)時的速度大��；
（2）若小球P₂碰撞后第一落點(diǎn)在M點(diǎn)，求碰撞后P₂的速度大小；
（3）設(shè)小球P₂的第一落點(diǎn)與凹槽左側(cè)豎直面水平距離為x，試求x的表達(dá)式．

Answer 1

【答案】分析：（1）在從A到B的過程中只有重力做功有動能定理可以求解；
（2）因?yàn)樾∏騊₂從B點(diǎn)做平拋運(yùn)動，在水平方向勻速運(yùn)動，豎直方向自由落體運(yùn)動，，有下降的高度可求出時間t，再有水平位移求出速度；
（3）當(dāng)P₁與P₂碰撞時，根據(jù)動量定理與動能定理，可求出P₂的水平速度，因?yàn)樾∏騊₂可以落在MN平臺上，也可以落在MN平臺左側(cè)，所以要分情況，
當(dāng)P₂落在平臺上時，下降的高度為H-h，可求出下落時間，再根據(jù)水平方向勻速運(yùn)動，求出位移，
當(dāng)P₂落在凹槽底面時，下降的高度為H，可求出下落時間，再根據(jù)水平方向勻速運(yùn)動，求出位移，
當(dāng)P₂與在平臺MN左側(cè)相撞時，水平位移就為s．
解答：解：（1）P₁從A點(diǎn)滑至B點(diǎn)過程中，根據(jù)動能定理有：
解得在B點(diǎn)的速度 =2m/s
（2）小球P₂從B點(diǎn)到M點(diǎn)，根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律有：得

由d=v_Mt解得小球P₁從C點(diǎn)拋出時的速度=1.5m/s
（3）根據(jù)動量守恒定律有：kmv=kmv₁+mv_{2 ①}
根據(jù)能量守恒有：     ②
有①②解得：
①若P₂落在MN水平面，則v₂≥v_M解得
即當(dāng)時，
②當(dāng)P₂落在凹槽底面時，落地時間
最大拋出速度
所以若P₂落在凹槽底面時，則v₂≤v'，解得
即當(dāng)時，
③當(dāng)時，P₂落在右側(cè)豎直面上，故x=s=0.3m
答：（1）2m/s   （2）1.5m/s   （3）①，②，③x=0.3m
點(diǎn)評：本題主要是分清小球的運(yùn)動過程，及在豎直方向與水平方向上的運(yùn)動性質(zhì)，利用動能定理，動量定理及運(yùn)動學(xué)公式解決問題