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如图所示,abc是光滑的轨道,其中ab是水平的,bc为与ab相切的位于竖直平面内的半圆,半径R=O.30m.质量m=0.20kg的小球A静止在轨道上,另一质量M=O.60kg、速度V0=5.5m/s的小球B与小球A正碰.已知相碰后小球A经过半圆的最高点c落到轨道上距b点为,l=4
2
R
处,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)碰撞结束后,小球A和B的速度的大小.
(2)试论证小球B是否能沿着半圆轨道到达c点.
分析:(1)根据平抛运动的规律,求出A球在C点的速度,根据机械能守恒定律求出A球碰后的速度,根据动量守恒定律求出B球碰后的速度.
(2)根据机械能守恒定律求出B球到底最高点的速度,再根据牛顿第二定律求出最高点的最小速度,然后进行比较,判断能否到达最高点
解答:解:(1)分别以v1和v2表示小球A和B碰后的速度,v1′表示小球A在半圆最高点的速度,t表示小球A从离开半圆到落在轨道上经过的时间,则有:
v1′t=4
2R

依据平抛运动竖直方向的分运动特点知:
1
2
gt2=2R
对于小球碰后到最高点过程,应用动能定理得:
-mg×2R=
1
2
mv′2-
1
2
mv
2
1

对于B与A的碰撞过程应用水平方向动量守恒得:
Mv0=mv1+Mv2
联立以上各式解得:v1=2
3Rg
=3.5m/s
v2=v0-
2m
M
3Rg
=3.5m/s
(2)假定B球刚好能沿半圆轨道上升到C点,则在C点时,轨道对它的作用力为零,以vc表示它在C处的速度,vb表示它在B处的相应速度,由牛顿第二定律和机械能守恒定律得:Mg=
Mv
2
c
R

1
2
Mv
2
c
+Mg(2R)=
1
2
Mv
2
b

解得:vb=
5Rg
=3.9m/s>v2
故B球不能达到半圆轨道最高点C
答:(1)碰撞结束后,小球A和B的速度 的大小均为3.5m/s
(2)B球不能达到半圆轨道最高点
点评:本题考查了动量守恒定律、机械能守恒定律、牛顿第二定律等规律,综合性较强,需在平时的学习中加强训练.
练习册系列答案
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如图所示,ABC是一个透明的薄壁容器,内装液体,当光垂直射向AC面时,光在AB面恰好发生全反射,已知光在真空中的传播速度为c,求液体的折射率及光在该液体中传播速度多大?

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(2006?南通一模)如图所示,ABC是由折射率为
2
的某种透明物质制成的直角三棱镜横截面(O为AB的中点),∠A=30°.一束光线在纸面内从O点射入棱镜,光线与AB面间的夹角为α.若不考虑光线在AB和BC面上的反射,则:
(1)若α=45°,请作出光路图并标明相应角度.
(2)要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α(0°<α<90°)应满足什么条件?结果可用反三角函数表示.

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如图所示,ABC是由折射率为
3
的某种透明物质制成的直角三棱镜横截面,O为AB的中点,AB长为L=0.6m,∠A=30°.一束光线在纸面内从O点射入棱镜,光线的入射角为
60°.求:
(1)该光线从O点射入棱镜后的折射角;
(2)光从O点射入经AC反射到BC上所需时间.

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如图所示,ABC是三棱镜的一个截面,其折射率为n=1.5.现有一细束平行于截面的光线沿MN方向射到棱镜的AB面上的N点,AN=NB=2cm,入射角的大小为i,且sini=0.75.已知真空中的光速c=3.0×108m/s,求:
①光在棱镜中传播的速率;
②此束光进入棱镜后从棱镜射出的方向和位置.(不考虑AB面的反射.

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科目:高中物理 来源: 题型:

如图所示,ABC是由折射率为的某种透明物质制成的直角三棱镜横截面(O为AB的中点),∠A=30°,则:

(1)平行光束以α=45°的入射角自AB边折射进入棱镜后,请作出可能存在的典型光路图.(垂直于界面的反射光线不必画出)

(2)作图分析并计算要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α(如图所示)应满足什么条件?结果可用反三角函数表示。

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