解题思路:光滑水平面上有A、B两辆小车,发生正碰的瞬间,由于正碰后粘在一起的时间极短,小球C暂未参与碰撞,由动量守恒,求出碰后的A、B两车的速度;
碰后,A、B粘在一起,小球C向左摆动,细绳水平方向分力使A、B加速,当C的速度与A、B水平方向的速度相同时,小球C摆至最高点,以A、B、C组成的系统为研究对象,由动量守恒求出A、B、C的共同速度,然后设小球C摆至最大高度为h,由机械能守恒,即可得解小球C摆动的最大高度;
小球C回到O正下方根据动量守恒求C的速度,然后根据牛顿第二定律求小球所受的拉力;
小球断裂后做平抛运动,求出C平抛的水平位移与这段时间内AB前进的距离,二者之和为小球落地时与此时小车悬点O的水平距离.
(1)以A、B小车组成的系统为研究对象,由于正碰后粘在一起的时间极短,小球C暂未参与碰撞,由动量守恒定律有:mAv0=(mA+mB)v
得v=[1×4/1+1]=2m/s
(2)碰后,A、B粘在一起,小球C向左摆动,细绳水平方向分力使A、B加速,当C的速度与A、B水平方向的速度相同时,小球C摆至最高点,以A、B、C组成的系统为研究对象,由动量守恒有:mCv0+(mA+mB)v=(mA+mB+mC)v′
得v′=2.4 m/s.
根据机械能守恒,有:
[1/2]mC v02+[1/2](mA+mB)v2=[1/2](mA+mB+mC)v′2+mCgh
得:h=0.16m.
(3)球摆到最低点时,由动量守恒有
mCv0+(mA+mB)v=(mA+mB)v1+mcv2
由能量守恒有:
[1/2]mC v02+
1
2(mA+mB)v2=[1/2]mC v22+[1/2](mA+mB)v12
联立两方程得:v1=2m/s v2=-4m/s
对球在最低点受力分析,根据牛顿第二定律有:T-mg=m
v22
l
得:T=45N
(4)如果当小球C第一次回到O点的正下方时,突然断裂
断裂后小球做平抛运动:h-l=[1/2]gt2
x1=v2t
小车做匀速直线运动:x2=v1t
得△x=x1+x2=1m
答:(1)A、B粘在一起瞬间的速度2m/s.
(2)小球C摆动的最大高度0.16m.
(3)小球C回到O点正下方时细线对小球的拉力45N.
(4)如果当小球C第一次回到O点的正下方时,突然断裂,小球落地时与此时小车悬点O的水平距离1m.
点评:
本题考点: 牛顿运动定律的综合应用;平抛运动;向心力.
考点点评: 在水平方向没有外力做功的情况下运用动量守恒,和只有重力做功情况下的机械能守恒来解决实际问题.