Question

【題目】如圖所示，質(zhì)量為m1=3kg的 光滑圓弧形軌道ABC與一質(zhì)量為m2=1kg 的物塊P緊靠著（不粘連）靜置于光滑水平面上，B為半圓軌道的最低點(diǎn)，AC為軌道的水平直徑，軌道半徑R=0.3m．一質(zhì)量為m3=2kg的小球（可視為質(zhì)點(diǎn)）從圓弧軌道的A處由靜止釋放，g取10m/s2 ， 求：

①小球第一次滑到B點(diǎn)時(shí)的速度v1；
②小球第一次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后，相對(duì)B能上升的最大高度h．

Answer 1

【答案】解：①設(shè)小球第一次滑到B點(diǎn)時(shí)的速度為v1，軌道和P的速度為v2，取水平向左為正方向，由水平方向動(dòng)量守恒有：

（m1+m2）v2+m3v1=0…①

根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒

m3gR= （m1+m2）v22+ m3v12 …②

聯(lián)①②解得：v1=﹣2m/s方向向右

v2=1m/s 方向向左

②小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后，物塊P與軌道分離，小球與軌道水平方向動(dòng)量守恒，且小球上升到最高點(diǎn)時(shí)，與軌道共速，設(shè)為v

m1v2+m3v1=（m1+m3）v …③

解得：v=﹣0.2m/s 方向向右

由機(jī)械能守恒

m1v22+ m3v12= （m1+m3）v2+m3gh …④

解得：h=0.27m

答：①小球第一次滑到B點(diǎn)時(shí)的速度v1為﹣2m/s，方向向右．

②小球第一次經(jīng)過(guò)B點(diǎn)后，相對(duì)B能上升的最大高度h為0.27m．

【解析】（1）根據(jù)水平方向動(dòng)量守恒，小球從A到B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中圓弧形軌道ABC與物塊P向左運(yùn)動(dòng)，滿(mǎn)足動(dòng)量守恒，系統(tǒng)機(jī)械能也守恒，減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為 整體的動(dòng)能。兩個(gè)式子聯(lián)立就可以解出小球滑到B點(diǎn)時(shí)的速度。
（2）小球到達(dá)B點(diǎn)后，物塊P開(kāi)始與軌道分離，小球與軌道動(dòng)量守恒，且小球上升到最高點(diǎn)時(shí)，是與與軌道共速，而且此過(guò)程機(jī)械能同樣守恒，減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為小球的重力勢(shì)能，據(jù)此可解。
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解機(jī)械能守恒及其條件的相關(guān)知識(shí)，掌握在只有重力（和彈簧彈力）做功的情形下，物體動(dòng)能和重力勢(shì)能（及彈性勢(shì)能）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變，以及對(duì)機(jī)械能綜合應(yīng)用的理解，了解系統(tǒng)初態(tài)的總機(jī)械能E 1 等于末態(tài)的總機(jī)械能E 2 ，即E1 =E2；系統(tǒng)減少的總重力勢(shì)能ΔE P減 等于系統(tǒng)增加的總動(dòng)能ΔE K增 ，即ΔE P減 =ΔE K增；若系統(tǒng)只有A、