Question

質量為m的小球B用一根輕質彈簧連接．現把它們放置在豎直固定的內壁光滑的直圓筒內，平衡時彈簧的壓縮量為x，如圖所示，小球A從小球B的正上方距離為3x的P處自由落下，落在小球B上立刻與小球B粘連在一起向下運動，它們到達最低點后又向上運動，并恰能回到0點（設兩個小球直徑相等，且遠小于x略小于直圓筒內徑），已知彈簧的彈性勢能為，其中k為彈簧的勁度系數，△x為彈簧的形變量．求：
（1）小球A質量．
（2）小球A與小球B一起向下運動時速度的最大值．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據動能定理求出小球A與小球B相碰前的速度，再根據動量守恒定律求出碰后的速度，對A、B組成的系統，從B點到回到O點的過程，運用動能定理求出小球A的質量．
（2）當彈簧的彈力等于A、B兩球的總重力時，小球A、B的速度最大，根據力的平衡求出兩球下降的距離，再對系統運用機械能守恒定律，求出最大速度．
解答：解：（1）由平衡條件可知：mg=kx  
設A的質量為m'，A由靜止下落后與B接觸前的瞬時速度為v₁，則：
∴
設A與B碰撞后的速度為v₁'，有：m'v₁=（m+m'）v₁'∴
由于A、B恰能回到O點，據動能定理有：
解得：m'=m   
（2）設由B點再向下運動x₁時，它們的速度達到最大，此時它們的加速度為零，有：


據機械能守恒定律有：
解得：
答：（1）小球A質量等于m．
（2）小球A與小球B一起向下運動時速度的最大值為．
點評：本題綜合運用了動能定理、動量守恒定律、機械能守恒定律，綜合性較強，關鍵是選擇好研究的過程，運用合適的規律列表達式求解．