如图所示,一质量为m1的半圆形槽内壁光滑,放在光滑的水平面上,槽的左侧有一固定的木桩以阻止槽水平向左运动,槽的半径为R,

如图所示,一质量为m1的半圆形槽内壁光滑,放在光滑的水平面上,槽的左侧有一固定的木桩以阻止槽水平向左运动,槽的半径为R,今从槽左侧A端的正上方D处自由释放一个质量为m2的小球,球恰好从A点自然进入槽的内壁轨道.为了使小球沿槽的内壁恰好运动到槽的右端B点,试求D点到A点的高度.
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今秋无风 春芽

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解题思路:小球从D点至O点的过程中,半圆形槽由于木桩的阻止,只有重力做功,小球的机械能守恒,求出小球到达半圆槽的最低点O′的速度.当小球从半圆槽的最低点O′运动到B点的过程中,半圆槽由于小球的压力作用离开木桩,以半圆槽和小球组成的系统为研究对象,水平方向动量守恒和机械能守恒,根据两大守恒列出方程,联立求解D点到A点的高度h.

设D点至A点的高度为h.小球从D处开始运动至B端的过程,可分为两个阶段:
第一阶段:小球从D点自由下落经A点至最低点O′,只有重力做功,小球的机械能守恒,得:
m2g(h+R)=[1/2m
v2O′]…①
第二阶段:小球从O′点运动到B点,此时小球和槽有共同速度vB,对槽和小球系统而言,只有重力做功,可得:
-m2gR=[1/2](m1+m2
v2B-[1/2m2
v2O′]…②
该阶段,系统在水平方向不受外力,水平方向动量守恒,故有:
m2vO′=(m1+m2)vB …③
联立以上三式,解得:h=
m2
m1R
答:D点到A点的高度为h=
m2
m1R.

点评:
本题考点: 机械能守恒定律;自由落体运动;动量守恒定律.

考点点评: 本题是系统的动量守恒与机械能守恒问题,关键是分析物理过程,寻找解题规律.

1年前

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