(1)设球a从P点运动到圆形轨道最低点Q时的速度大小为v,
根据机械能守恒定律:
m1gh=
1
2m1v2
解得:v=10m/s,方向水平向右
(2)设球a与物块b碰撞后的速度大小分别为v1、v2,
球返回到圆轨道最高点M时的速度大小为v′1
根据牛顿第二定律,由向心力公式得:
m1g=m1
v′1 2
R
球由N返回到M的过程中,根据动能定理得:
−m1g•2R=
1
2m1v′1 2−
1
2m1v12
球a与物块b发生无机械能损失的弹性正碰,由于轨道光滑,球a碰撞前的速度与第一次到轨道最低点的速度相等,
该过程中球a与物块b组成的系统动量守恒,规定向右为正方向,
故:m1v=-m1v1+m2v2
联立解得:v2=5m/s 方向水平向右
(3)物块b滑上木板c时,设物块b和木板c的加速度大小分别a1,a2,两者经过时间达到共同的速度v3.
木块在此过程中的位移为x1,根据牛顿第二定律得:
μ1m2g=m2a1
μ1m2g-μ2(m2+m3)g=m3a2
根据运动学公式得:
v3=v2-a1t
v3=a2t
x1=
1
2a2t2
联立解得:x1=0.5m,v3=1m/s
达共同速度后,物块b和木板c一道做匀减速直线运动直至停止,设该过程中减速的位移为x2
由动能定理得:−μ2(m2+m3)gx2=0−
1
2(m2+m3)v32
解得:x2=0.5m
则木板c的总位移x=x1+x2=1m,方向水平向右.
答:(1)小球a第一次经过圆形轨道最低点时的速度大小是10m/s,方向水平向右;
(2)碰后瞬间小物块b的速度大小是5m/s,方向水平向右;
(3)木板c运动的总位移大小是1m,方向水平向右.