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(9分)如图所示,是光滑的轨道,其中是水平的,为与相切于竖直平面内的半圆,半径m,质量kg的小球静止在轨道上,另一质量kg的小球,以初速度m/s与小球正碰。已知相碰后小球经过半圆的最高点落到轨道上距点为处,重力加速度取10m/s2

求:

(1)碰撞结束时,小球的速度大小;

(2)试论证小球是否能沿着半圆轨道到达点。

 

答案

(1)(2)小球不能到达半圆轨道的最高点

解析:以表示小球碰后的速度,表示小球碰后的速度,表示小球在半圆最高点的速度,表示小球从离开半圆最高点到落在轨道上经过的时间,则有

                 ①

                   ②

       ③

              ④

由①②③④求得

代入数值得m/s,3.5m/s.

(2)假定球刚能沿着半圆轨道上升到点,则在点时,轨道对它的作用力等于零.以表示它在点的速度,以表示它在点相应的速度,由牛顿运动定律和机械能守恒定律,有

解得 代入数值得3.9m/s

m/s,可知

所以小球不能到达半圆轨道的最高点.

 

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