如图所示,有一半径为R质量为m的半球形凹槽P,放在光滑的水平地面上,一面紧靠在光滑的墙壁上,在槽口正上方某处有一质量为m

如图所示,有一半径为R质量为m的半球形凹槽P,放在光滑的水平地面上,一面紧靠在光滑的墙壁上,在槽口正上方某处有一质量为m的小球,由静止释放,落下后可沿光滑的球面滑下.试问:
(1)若小球在运动过程中恰好能到达右端最高点,则h应取多少?
(2)小球第二次到达最低点B点的速度是多少?
(3)若小球第一次到达B点到第二次到达B点所经过的时间已知为t,则小球第二次到达B点时,凹槽距墙壁有多远?
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tracyguan 春芽

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解题思路:(1)小球从下落到运动到B点的过程,凹槽P不动,小球的机械能守恒;小球从B运动到C的过程中,凹槽P向右运动,小球与凹槽P组成的系统水平方向不受外力,水平方向的动量守恒,只有重力做功,系统的机械能守恒.故先根据机械能守恒定律求出小球滑到B点时的速度,再对系统,根据水平方向动量守恒和机械能守恒列式,求解h;
(2)根据系统水平方向动量守恒和机械能守恒列式,求解小球第二次到达最低点B点的速度;
(3)取整体研究,整体的质心向右做匀速直线运动,速度大小等于小球到达最高点时共同速度,即可由S=vt求解小球第二次到达B点时凹槽距墙壁的距离.

(1)设小球第一次到B点速度为v10,到右侧最高点时共同速度为V
小球从下落到运动到B点的过程,由机械能守恒定律得 mgh=
1
2m
v210
小球从B运动到C的过程中,系统机械能守恒,水平方向动量也守恒,则有
mgh=
1
2(m+m)v2+mgR
mv10=2mV
联立解得:h=2R,V=
v10
2=
Rg
(2)设小球第二次到B点速度为v1,凹槽的速度为v2,则有
mv10=mv1+mv2
[1/2m
v210]=[1/2m
v21]+[1/2m
v22]
解得,v1=0,v2=v10=2
gR
(3)取整体研究,整体的质心向右做匀速直线运动,速度大小为V=
gR
故小球第二次到达B点时凹槽距墙壁的距离S=Vt=t
gR
答:(1)若小球在运动过程中恰好能到达右端最高点,h应取2R;
(2)小球第二次到达最低点B点的速度是0;
(3)若小球第一次到达B点到第二次到达B点所经过的时间已知为t,则小球第二次到达B点时,凹槽距墙壁有t
gR远.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;机械能守恒定律.

考点点评: 本题一要正确选取研究对象,二判断系统动量是否守恒关键是明确系统是否受到外力的作用,本题中凹槽P向右运动的过程中系统的总动量守恒,只是水平方向动量守恒.

1年前

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