光滑的[1/4]圆弧轨道固定在竖直平面内,与水平轨道CE连接.水平轨道的CD段光滑、DE段粗糙.一根轻质弹簧一端固定在C

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  • 解题思路:(1)根据机械能守恒定律求出物块a第一次经过E点时的速度.

    (2)物块a经过E点时,由重力和轨道的支持力的合力提供向心力,根据牛顿运动定律求解物块a第一次经过E点时对轨道的压力.

    (3)物块a从E滑至D的过程中,根据动能定理求出经过D点时速度,由动量守恒定律求出a、b一起压缩弹簧时的速度,当两滑块的速度减小为零时,系统的动能全部转化为弹簧的弹性,由能量守恒定律求解最大的弹性势能.

    (1)物块a由F到E的过程中,由机械能守恒有

    mgr=[1/2m

    v21]

    解得,第一次经过E点时的速度 v1=

    2gr

    (2)物块a第一次经过E点时,受重力和支持力,由牛顿第二定律得

    N-mg=m

    v21

    r

    解得,N=3mg

    根据牛顿第三定律得,物块a第一次经过E点时对轨道的压力大小为3mg,方向竖直向下.

    (3)物块a从E滑至D的过程中,根据动能定理得

    1mgl=[1/2m

    v2D1]-[1/2m

    v21]

    解得,物块a在D点时的速度为vD1=

    2g(r−0.2l)

    物块a、b在D点发生碰撞,则根据动量守恒有

    mvD1=3mvD2

    则得,vD2=

    2g(r−0.2l)

    3

    当两滑块的速度减为零时,其动能全部转化为弹簧的弹性势能,弹性势能最大,则有

    Epmax=[1/2•3m

    v2D2]

    解得,Epmax=

    mg(r−0.2l)

    3

    答:(1)物块a第一次经过E点时的速度是

    2gr;

    (2)物块a第一次经过E点时对轨道的压力是3mg;

    (3)弹簧形变过程中,所能获得的最大弹性势能是

    mg(r−0.2l)

    3.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.

    考点点评: 本题综合考查了机械能守恒定律、动量守恒定律和动能定理,对学生能力的要求较高.要注意本题中含有非弹性碰撞,弹簧弹性最大值不等于碰撞前物块a的动能.

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