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如图所示,一内壁光滑的环形细圆管固定在水平桌面上,环内间距相等的三位置处,分别有...

如图所示,一内壁光滑的环形细圆管固定在水平桌面上,环内间距相等的三位置处,分别有静止的大小相同的小球A、B、C,质量分别为m1=m,m2=m3=1.5m,它们的直径略小于管的直径,小球球心到圆环中心的距离为R,现让A以初速度v沿管顺时针运动,设各球之间的碰撞时间极短,A和B相碰没有机械能损失,B与C相碰后能结合在一起,称为D.求:
(1)A和B第一次相碰后各自的速度大小;
(2)B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小;
(3)A和B第一次相碰后,到A和D相碰经过的时间.

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(1)A和B相碰时没有机械能损失,遵守动量守恒和机械能两大守恒,分别列出两大守恒定律的方程,求出A和B第一次相碰后各自的速度大小; (2)根据动量守恒定律求出B和C相碰结合在一起的速度.碰撞后管对结合体的水平方向的弹力提供向心力,根据牛顿运动定律求出B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小; (3)小球碰撞前后都在圆管中做匀速圆周运动,根据弧长与速度的比值,求出A、B碰后,B与C相碰所经历的时间. 从A和B第一次相碰后,到D与A相碰,AD所通过的总弧长为,两者路程之和等于总弧长,列式求解A和B第一次相碰后,到A和D相碰经过的时间. 【解析】 (1)设A、B碰撞后速度分别为v1、v2,根据动量守恒和机械能两守恒得:      mv=mv1+1.5mv2      联立解得:      (负号表示A球逆时针返回), (2)由上面解答可知,BC首先要碰撞,设B和C相碰结合在一起后速度为v3,则由动量守恒有:  1.5mv2=3mv3 得:v3== 设管对球沿水平方向的压力N,此力提供D球做匀速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律得:     , 由牛顿第三定律得知,B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小: N′=N=; (3)A、B碰后,B经时间t1与C相碰,再经时间t2,D与A相碰     从A和B第一次相碰后,到D与A相碰: ∴A和B第一次相碰后,到A和D相碰经过的时间t为: 答: (1)A和B第一次相碰后各自的速度大小分别为和; (2)B和C相碰结合在一起后对管沿水平方向的压力大小为; (3)A和B第一次相碰后,到A和D相碰经过的时间为.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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