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质量为m的小球B用一根轻质弹簧连接.现把它们放置在竖直固定的内壁光滑的直圆筒内,平衡时弹簧的压缩量为x,如图所示,小球A从小球B的正上方距离为3x的P处自由落下,落在小球B上立刻与小球B粘连在一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,并恰能回到0点(设两个小球直径相等,且远小于x略小于直圆筒内径),已知弹簧的弹性势能为,其中k为弹簧的劲度系数,△x为弹簧的形变量.求:
(1)小球A质量.
(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值.

【答案】分析:(1)根据动能定理求出小球A与小球B相碰前的速度,再根据动量守恒定律求出碰后的速度,对A、B组成的系统,从B点到回到O点的过程,运用动能定理求出小球A的质量.
(2)当弹簧的弹力等于A、B两球的总重力时,小球A、B的速度最大,根据力的平衡求出两球下降的距离,再对系统运用机械能守恒定律,求出最大速度.
解答:解:(1)由平衡条件可知:mg=kx  
设A的质量为m',A由静止下落后与B接触前的瞬时速度为v1,则:
∴
设A与B碰撞后的速度为v1',有:m'v1=(m+m')v1'∴
由于A、B恰能回到O点,据动能定理有:
解得:m'=m   
(2)设由B点再向下运动x1时,它们的速度达到最大,此时它们的加速度为零,有:


据机械能守恒定律有:
解得:
答:(1)小球A质量等于m.
(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值为.
点评:本题综合运用了动能定理、动量守恒定律、机械能守恒定律,综合性较强,关键是选择好研究的过程,运用合适的规律列表达式求解.
练习册系列答案
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(2005?西城区模拟)质量为m的小球B用一根轻质弹簧连接.现把它们放置在竖直固定的内壁光滑的直圆筒内,平衡时弹簧的压缩量为x0,如图所示,小球A从小球B的正上方距离为3x0的P处自由落下,落在小球B上立刻与小球B粘连在一起向下运动,它们到达最低点后又向上运动,并恰能回到0点(设两个小球直径相等,且远小于x0略小于直圆筒内径),已知弹簧的弹性势能为
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k?△x2
,其中k为弹簧的劲度系数,△x为弹簧的形变量.求:
(1)小球A质量.
(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值.

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图11

(1)小球A的质量;

(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值.

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(1)小球A质量。

(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值.

 

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图11

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(1)小球A质量.
(2)小球A与小球B一起向下运动时速度的最大值.

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