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如图所示,半径为R的光滑半圆环轨道竖直固定在一水平光滑的桌面上,在桌面上轻

质弹簧被a、b两个小球挤压(小球与弹簧不拴接),处于静止状态。同时释放两个小球,

小球a、b与弹簧在桌面上分离后,a球从B点滑上光滑半圆环轨道最高点A时速度为

。已知小球a质量为m,小球b质量为2m,重力加速度为g。求:

(1)小球a在圆环轨道最高点对轨道的压力;

(2)释放后小球b离开弹簧时的速度的大小;

(3)释放小球前弹簧具有的弹性势能。

 

答案

(1)a球对轨道的压力为mg,方向竖直向上(2)

(3)

解析:(1)设a球通过最高点时受轨道的弹力为N,由牛顿第二定律

     ① (3分) 

将数据代入①式解得:N = mg ② (1分)

由牛顿第三定律,a球对轨道的压力为mg,方向竖直向上。 (2分)

(2)设小球a与弹簧分离时的速度大小为,取桌面为零势面,由机械能守恒定律得:

  ③(3分)   

由③式解得   ④

小球a、b从释放到与弹簧分离过程中,总动量守恒

 ⑤(3分)      

由⑤式解得: ⑥(2分)

(3)弹簧的弹性势能为:  ⑦(2分) 

由⑦式解得:  ⑧(2分)

 

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