Question

如圖所示是固定在光滑水平地面上的兩條光滑長(zhǎng)直導(dǎo)軌（俯視圖）．導(dǎo)軌內(nèi)放置一個(gè)木質(zhì)滑塊A，滑塊A的左半部是半徑為R的半圓柱形光滑凹槽，木質(zhì)滑塊的寬度為2R．現(xiàn)有半徑r（r＜＜R）的金屬小球沿水平面以初速度v₀沖向滑塊，從滑塊的一側(cè)半圓形槽口邊緣進(jìn)入．已知金屬小球的質(zhì)量為m，木質(zhì)滑塊A的質(zhì)量為3m，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)機(jī)械能損失．求：
（1）當(dāng)金屬小球滑離木質(zhì)滑塊時(shí)，金屬小球和木質(zhì)滑塊的速度各是多大；
（2）當(dāng)金屬小球經(jīng)過(guò)木質(zhì)滑塊上的半圓柱形槽的最右端時(shí)，求滑塊A的速度與金屬小球的動(dòng)能．

Answer 1

分析：（1）小球與滑塊作用的過(guò)程中，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，根據(jù)兩大守恒求解金屬小球滑離木質(zhì)滑塊時(shí)兩者的速度大�。�
（2）小球過(guò)A點(diǎn)時(shí)沿軌道方向兩者有共同速度，根據(jù)動(dòng)量守恒求出共同速度，根據(jù)機(jī)械能守恒求解金屬小球的動(dòng)能．

解答：解：（1）設(shè)滑離時(shí)小球和滑塊的速度分別為v₁和v₂，
由動(dòng)量守恒有：mv₀=mv₁+3mv₂
又由系統(tǒng)機(jī)械能守恒，有：

1

2

m

v

2 0

=

1

2

m

v

2 1

+

1

2

?3m

v

2 2

聯(lián)立解得：v₁=-

v0

2

，v₂=

v0

2

（2）小球過(guò)A點(diǎn)時(shí)沿軌道方向兩者有共同速度v，沿切向方向速度為v′
則：mv₀=（m+3m）v
解得：v=

1

4

v0
EK=

1

2

m

v

2 0

-

1

2

3mv2
則得：EK=

13

32

m

v

2 0

答：（1）當(dāng)金屬小球滑離木質(zhì)滑塊時(shí)，金屬小球的速度是

v0

2

，方向水平向左，木質(zhì)滑塊的速度是

v0

2

，方向水平向右．
（2）當(dāng)金屬小球經(jīng)過(guò)木質(zhì)滑塊上的半圓柱形槽的最右端時(shí)，求滑塊A的速度與金屬小球的動(dòng)能

點(diǎn)評(píng)：解答此題的關(guān)鍵在于整個(gè)過(guò)程中滿足機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒，難點(diǎn)是抓住小球過(guò)A點(diǎn)時(shí)沿軌道方向兩者有共同速度．