Question

16．光滑水平面上有一質(zhì)量為M的滑塊，滑塊的左側(cè)是一光滑的$\frac{1}{4}$圓弧，圓弧半徑為R=1m．一質(zhì)量為m的小球以速度v0向右運(yùn)動(dòng)沖上滑塊．已知M=4m．g取10m/s²，若小球剛好沒躍出$\frac{1}{4}$圓弧的上端．全過程機(jī)械能不損失．求：
（1）小球的初速度v₀；
（2）滑塊獲得的最大速度．

Answer 1

分析 （1）小球剛好沒躍出圓弧的上端，知小球上升到滑塊上端時(shí)，小球與滑塊水平方向速度相同，結(jié)合動(dòng)量守恒和系統(tǒng)機(jī)械能守恒求出小球的初速度大�。�
（2）小球到達(dá)最高點(diǎn)以后又滑回，滑塊又做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球離開滑塊后滑塊速度最大，根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒求出滑塊的最大速度．

解答 解：（1）當(dāng)小球上升到滑塊上端時(shí)，小球與滑塊水平方向速度相同，設(shè)為v₁，以小球的初速度方向?yàn)檎�方向，在水平方向上，由�?dòng)量守恒定律得：
mv₀=（m+M）v₁…①
由機(jī)械能守恒定律得：$\frac{1}{2}$mv₀²=$\frac{1}{2}$（m+M）v₁²+mgR  …②，
代入數(shù)據(jù)解得：v₀=5m/s   …③；
（2）小球到達(dá)最高點(diǎn)以后又滑回，滑塊又做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球離開滑塊后滑塊速度最大．研究小球開始沖上滑塊一直到離開滑塊的過程，以小球的初速度方向?yàn)檎�方向，由�?dòng)量守恒定律得：
mv₀=mv₂+Mv₃…④
由機(jī)械能守恒定律得：$\frac{1}{2}$mv₀²=$\frac{1}{2}$mv₂²+$\frac{1}{2}$Mv₃²…⑤
解得：v₃=$\frac{2m}{m+M}$v₀=2m/s…⑥
答：（1）小球的初速度v₀是5m/s．
（2）滑塊獲得的最大速度是2m/s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律以及能量守恒定律等，知道小球剛好沒躍出圓弧的上端，兩者水平方向上的速度相同；當(dāng)小球返回離開滑塊時(shí)，滑塊的速度最大．