Question

【題目】如圖所示，一光滑水平桌面AB與一半徑為R的光滑半圓形軌道相切于C點(diǎn)，且兩者固定不動．一長L為0.8m的細(xì)繩，一端固定于O點(diǎn)，另一端系一個質(zhì)量m1為0.2kg的小球．當(dāng)小球在豎直方向靜止時，球?qū)λ�平桌面的作用力剛好為�?/span>. 現(xiàn)將球提起使細(xì)繩處于水平位置時無初速釋放. 當(dāng)小球m1擺至最低點(diǎn)時，細(xì)繩恰好被拉斷，此時小球m1恰好與放在桌面上的質(zhì)量m2為0.8kg的小球正碰，碰后m1以2m/s的速度彈回，m2將沿半圓形軌道運(yùn)動. 兩小球均可視為質(zhì)點(diǎn)，取g=10m/s2 ，求：

（1）細(xì)繩所能承受的最大拉力為多大？

（2）m2在半圓形軌道最低點(diǎn)C點(diǎn)的速度為多大？

（3）為了保證m2在半圓形軌道中運(yùn)動時不脫離軌道，試討論半圓形軌道的半徑R應(yīng)該滿足的條件。

Answer 1

【答案】（1）6N（2）1．5 m/s（3）R≤0．045 m或R≥0．1125m

【解析】

試題（1）設(shè)小球擺至最低點(diǎn)時速度為v0，由機(jī)械能守恒定律，得：

解得：

小球在最低點(diǎn)時，由牛頓第二定律，得：

解得：=6N

（2）與碰撞，動量守恒，設(shè)、碰后的速度分別為v1、v2，選向右的方向為正方向，則

解得：v2=1．5 m/s

（3） ①若小球恰好通過最高點(diǎn)D點(diǎn)，由牛頓第二定律，得：

在CD軌道上運(yùn)動時，由機(jī)械能守恒定律，得：

解得：R1=0．045 m．

②若小球恰好到達(dá)圓軌道與圓心等高處速度減為0，則有：

解得：R2=0．1125m

綜上：R應(yīng)該滿足R≤0．045 m或R≥0．1125m