如图所示,三个质量均为m的弹性小球用两根长均为L的轻绳连成一条直线而静止在光滑水平面上.现给中间的小球B一个水平初速度v0,方向与绳垂直.小球相互碰撞时无机械能损失,轻绳不可伸长.求:
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(1)当小球A、C第一次相碰时,小球B的速度;
(2)当三个小球再次处在同一直线上时,小球B的速度;
(3)运动过程中小球A的最大动能EKA和此时两根绳的夹角
;
(4)当三个小球处在同一直线上时,绳中的拉力F的大小.
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解析:根据题意,分析各状态的速度、动量和能量特点,找出各过程遵循的规律,挖掘隐含条件是解决综合性题目的关键.根据动量守恒定律、机械能守恒定律进行计算. (1)设小球A、C第一次相碰时,小球B的速度为vB,考虑到对称性及绳的不可伸长特性,小球A、C沿小球B初速度方向的速度也为vB,由动量守恒定律,得mv0=3mvB,由此解得vb= (2)当三个小球再次处在同一直线上时,则由动量守恒定律和机械能守恒定律,得 mv0=mvB+2mvA 解得vB=- (3)当小球A的动能最大时,小球B的速度为零.设此时小球A、C的速度大小为u,两根绳间的夹角为
mv0=2musin 另外,EKA= (4)小球A、C均以半径L绕小球B做圆周运动,当三个小球处在同一直线上时,以小球B为参考系(小球B的加速度为0,为惯性参考系),小球A(C)相对于小球B的速度均为v=|vA-vB|=v0,所以,此时绳中拉力大小为F=m |
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| 9kq2 |
| 5L2 |
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| 8 |
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