Question

如圖，小球a、b質量均為m，b球用長h的細繩（承受最大拉力為2.8mg）懸掛于水平軌道BC（距地高0.5h）的出口C處．a球從距BC高h的A處由靜止釋放后，沿ABC光滑軌道滑下，在C處與b球正碰并與b粘在一起．試問：
（1）a與b球碰前瞬間的速度大小？
（2）a、b兩球碰后，細繩是否會斷裂？
（3）若細繩斷裂，小球在DE水平地面上的落點距C的水平距離是多少？若細繩不斷裂，小球最高將擺多高？

Answer 1

【答案】分析：（1）先根據機械能守恒定律求出a球經C點時速度．
（2）a與b碰撞過程，動量守恒，可求出a與b球碰前瞬間的速度大小，根據牛頓第二定律碰后細繩的拉力大小，判斷能否斷裂．
（3）若細繩斷裂，小球做平拋運動，運用分解法，由高度和初速度求解水平距離．
解答：解：（1）設a球經C點時速度為v_C，則由機械能守恒定律得
 
解得，即a與b球碰前的速度為
（2）設b球碰后的速度為v，由動量守恒定律得
   mv_C=（m+m）v
故
小球被細繩懸掛繞O擺動時，若細繩拉力為T，則由牛頓第二定律有
 
解得T=3mg，則有T＞2.8mg，細繩會斷裂，小球做平拋運動．       
（3）設平拋的時間為t，則依據平拋運動的規律得
  （
得
故落點距C的水平距離為
即小球最終落到地面距C水平距離是．
答：
（1）a與b球碰前瞬間的速度大小是．
（2）a、b兩球碰后，細繩會斷裂．
（3）細繩斷裂，小球在DE水平地面上的落點距C的水平距離是．
點評：本題采用程序法，按順序分析物理過程，關鍵要把握每個過程所遵守的物理規律．