Question

【題目】如圖所示，光滑的軌道固定在豎直平面內，其O點左邊為光滑的水平軌道，O點右邊為四分之一圓弧軌道，高度h＝0.8m，左右兩段軌道在O點平滑連接。質量m＝0.1kg的小滑塊a由靜止開始從圓弧軌道的頂端沿軌道下滑，到達水平段后與處于靜止的小滑塊b發生碰撞，小滑塊b的質量M＝0.4kg，碰撞后小滑塊a恰好停止運動。取重力加速度g＝10m/s2，求

（1）小滑塊a通過O點時對軌道的壓力的大小和方向；

（2）碰撞瞬間小滑塊b所受沖量的大小；

（3）碰撞過程中小滑塊a、b組成的系統損失的機械能。

Answer 1

【答案】（1）3N，方向豎直向下；（2）0.4 N·s；（3）0.6J

【解析】

(1)小滑塊從曲線軌道上下滑的過程中，由動能定理得：

代入數據解得，小滑塊a通過O點時的速度：

v0＝4m/s

a通過O點時

代入數據解得，小滑塊a通過O點時所受支持力為

N=3N

根據牛頓第三定律，小滑塊對軌道的壓力為3N；方向豎直向下；

(2)碰撞過程系統動量守恒，以向左為正方向，由動量守恒定律得：

mv0＝Mv1

滑塊b所受沖量的大小，由沖量定理得：

I=Mv1

代入數據計算

I=0.4N·s

(3)碰撞過程中小滑塊a、b組成的系統損失的機械能：

ΔE＝mv02﹣Mv12

代入數據解得

ΔE＝0.6J