如图所示,一根跨越一固定的水平光滑细杆、轻绳两端拴有两个质量均为m的小球a和b(可视为质点),Oa段的长度为L1,Ob段

如图所示,一根跨越一固定的水平光滑细杆、轻绳两端拴有两个质量均为m的小球a和b(可视为质点),Oa段的长度为L1,Ob段的长度为L2,且L1>L2,球a置于地面,球b被拉到与细杆水平的位置,在绳刚拉直时放手,小球b从静止状态向下摆动,当球b摆到最低点时,恰好与球a在同一水平位置发生碰撞并粘合在一起,设碰撞时间极短,往后两球以O点为圆心做圆周运动,若已知碰前瞬间球a的速度大小为va,方向竖直向上,轻绳不可伸长且始终处于绷紧状态,求:
(1)球b在碰撞前瞬间的速度大小;
(2)两小球粘合后做圆周运动时绳中张力的大小;
(3)两球在碰撞过程中,合外力对球a施加的冲量.
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右印记 幼苗

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解题思路:(1)对a、b系统从开始到a、b碰撞前运用机械能守恒定律列出等式求解
(2)当球b运动到最低点时,其竖直方向的速度与va大小相等,方向相反,球b与球a在水平方向碰撞,根据动量守恒列出等式,由牛顿第二定律求出绳中张力的大小
(3)(3)在碰撞过程中,根据动量定理求解

(1)对a、b系统从开始到a、b碰撞前运用机械能守恒定律列出等式有:
mgL1=2mg×[1/2](L1-L2)+[1/2]mvb2+[1/2]mva2…①
解得:vb=
2gL2−
v2a…②
(2)当球b运动到最低点时,其竖直方向的速度与va大小相等,方向相反(因为绳长不变),球b在水平方向的速度为:vbx=

v2b−
v2a…③
球b与球a在水平方向碰撞,有:mvbx=2mv…④
绳中张力T由牛顿第二定律有:T-mg=
mv2

L1+L2
2…⑤
由②③④⑤得:T=mg+
m(gL2
−v2a)
L1+L2
(3)在碰撞过程中,根据动量定理
对球a有:I=m

v2 +
v2a=m

gL2+
v2a
2
冲量与水平方向的夹角为:θ=arctan

2
v2a
gL2−
v2a
答:(1)球b在碰撞前瞬间的速度大小是
2gL2−
v2a;
(2)两小球粘合后做圆周运动时绳中张力的大小是mg+
m(gL2
−v2a)
L1+L2;
(3)两球在碰撞过程中,合外力对球a施加的冲量大小是m

gL2+
v2a
2,方向水平方向的夹角θ=arctan

2
v2a
gL2−
v2a

点评:
本题考点: 动量守恒定律;牛顿第二定律.

考点点评: 本题考查了机械能守恒,动量守恒,牛顿第二定律,动量定理等多个知识点的应用,关键要清楚物体的运动过程,选择对应的物理规律求解.

1年前

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