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
-μ1mgl=[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.