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如图所示,两个圆形光滑细管在竖直平面内交叠,组成“8”字形通道,在“8”字形通道底端B处连接一内径相同的粗糙水平直管AB。已知E处距地面的高度h=3.2m,一质量m=1kg的小球a从A点以速度v0=12m/s的速度向右进入直管道,到达B点后沿“8”字形轨道向上运动,到达D点时恰好与轨道无作用力,直接进入DE管(DE管光滑),并与原来静止于E处的质量为M=4kg的小球b发生正碰(ab均可视为质点)。已知碰撞后a球沿原路返回,速度大小为碰撞前速度大小的1/3,而b球从E点水平抛出,其水平射程s=0.8m,(g取10m/s2)

(1)求碰后b球的速度大小?

(2)求“8”字形管道上下两圆的半径r和R.?

(3)若小球a在管道AB中运动时所受阻力为定值,请判断a球返回到BA管道中时能否从A端穿出?

 

答案

解析:(1) b球离开DE后做平抛运动

                        (2分)

s=vbt                           (2分)

vb=1m/s                                  (1分)

(2)ab碰撞过程,动量守恒,以水平向右为正方向

            

Va=3m/s                                (2分)   

碰前a在D处恰好与轨道无作用力

                           (2分) 

r=0.9m                               (1分) 

                      (1分) 

(3)小球从B到D,机械能守恒

     

      解得:                 (2分)

    从A到B过程,由动能定理得:

     

            解得:Wf=35.5J                        (2分) 

    从D到B,机械能守恒

    

        解得:〈Wf                   (2分) 

所以,a球返回到BA管道中时,不能从A端穿出。          (1分) 

 

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