Question

如圖所示，MN為3m寬的小溝，M點左側1m處有一5m高的平臺與半徑為1.25m的圓弧底部相切，平臺表面與圓軌道都光滑，一質量為3kg的B球靜止在平臺上．現讓一小球A從圓弧左側與圓心等高處靜止釋放，A球下滑至平臺并與B球發生碰撞．A、B兩球可視為質點，g=10m/s²．求：
（1）A球到達圓弧底端時的速度；
（2）如果碰后兩球分別落在M與N點，則A球的可能質量．

Answer 1

【答案】分析：（1）小球A從光滑圓弧上滾下來，只有重力做功，根據機械能守恒定律列式求解；
（2）小球A與B碰撞過程中系統動量守恒，碰撞后A、B兩球的速度大小都可以通過平拋運動的位移公式求解出，然后分A球向左和向右兩種情況分析討論，其中A球向左又分為A球落在M與落在N兩種情況討論．
解答：解：（1）根據機械能守恒 
代入數據得   v=5m/s                        
即A球到達圓弧底端時的速度為5m/s；
（2）①若碰后兩球都向右運動，據平拋運動，得t=1s           
由x=vt，得v_A1=1m/s，v_B1=4m/s       
由動量守恒    m_Av_A=m_Av_A1+m_Bv_B1
得    m_A=3kg                               
碰前總動能
碰后總動能
因為E_K1＞E_K1′其解成立 
②若碰后A球向左運動，B球向右運動，則可能有：
v_A2=-1m/s         v_B2=4m/s
由動量守恒    m_Av_A=m_Av_A2+m_Bv_B2
得    m_A=2kg                                  
碰前總動能
碰后總動能
因為E_K2=E_K2′其解成立                     
③若碰后A球向左運動，B球向右運動，則可能有：
v_A2=-4m/s         v_B2=1m/s
由動量守恒    m_Av_A=m_Av_A3+m_Bv_B3
得    m_A=kg                                  
碰前總動能
碰后總動能
因為E_K3=E_K3′其解成立 
故A球的質量可能為3Kg、2kg或Kg．
點評：本題要根據機械能守恒定律、動量守恒定律和平拋運動的相關公式列式分析；其中A、B兩球碰撞后落地點要分為三種情況來分析討論，特別容易漏掉第三種情況．