Question

【題目】如圖所示，水平光滑軌道AB與以O點為圓心的豎直半圓形光滑軌道BCD相切于B點，半圓形軌道的半徑r=0.30m。在水平軌道上A點靜置一質量為m2=0.12kg的物塊2，現有一個質量m1=0.06kg的物塊1以一定的速度向物塊2運動，并與之發生正碰，碰撞過程中無機械能損失，碰撞后物塊2的速度v2=4.0m/s。物塊均可視為質點，g取10m/s2，求：

【1】物塊2運動到B點時對半圓形軌道的壓力大小；

【2】發生碰撞前物塊1的速度大小；

【3】若半圓形軌道的半徑大小可調，則在題設條件下，為使物塊2能通過半圓形軌道的最高點，其半徑大小應滿足什么條件。

Answer 1

【答案】

【1】7.6N

【2】6.0m/s

【3】0.32m

【解析】

（1）設軌道B點對物塊2的支持力為N，根據牛頓第二定律有

N-m2g=m2v22/R

解得 N=7.6N

根據牛頓第三定律可知，物塊2對軌道B點的壓力大小N′=7.6N

（2）設物塊1碰撞前的速度為v0，碰撞后的速度為v1，對于物塊1與物塊2的碰撞過程，根據動量守恒定律有 m1v0=mv1+m2v2

因碰撞過程中無機械能損失，所以有 m1v02=m1v12+m2v22

代入數據聯立解得 v0=6.0m/s

（3）設物塊2能通過半圓形軌道最高點的最大半徑為Rm，對應的恰能通過最高點時的速度大小為v，根據牛頓第二定律，對物塊2恰能通過最高點時有 m2g=m2v2/Rm

對物塊2由B運動到D的過程，根據機械能守恒定律有

m2v22=m2g2Rm+m2v2

聯立可解得：Rm=0.32m

所以，為使物塊2能通過半圓形軌道的最高點，半圓形軌道半徑不得大于0.32m