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| 动能定理解决多过程问题题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第七章 机械能守恒定律
7.7 动能和动能定理
动能定理解决多过程问题
如图所示,质量$M=0.2\;\rm kg$的小车静止在光滑水平地面,左侧紧靠竖直墙壁。小车上固定一条内壁光滑的轨道,该轨道由一半径$r_{1}=0.4\;\rm m$和两个半径$r_{2}=0.2\;\rm m$的四分之一圆形管道组成。将质量$m=0.1\;\rm kg$的小球从管口$A$点正上方$h=0.05\;\rm m$处由静止释放,重力加速度$g=10\;\rm m/s^{2}$。求:
小球向右通过$B$点时的速度大小$v_{1}$;
$3\\;\\rm m/s$;
"]]小球从静止释放运动至$B$点,根据动能定理得$mg\left( h+r_{1} \right)=\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}-0$
解得$v_{1}=3\;\rm m/s$
小球向上通过$C$点时,小车的速度大小$v_{2}$;
$1\\;\\rm m/s$;
"]]小球运动至$C$点时,小球相对于小车竖直向上运动,水平方向上两者共速,根据水平方向动量守恒得$mv_{1}=(m+M)v_{2}$
解得$v_{2}=1\;\rm m/s$
小球能否从$D$点飞出?若能,请计算出飞出的速度大小;若不能,请说明理由。
不能,理由见解析
"]]方法一:假设小球能够运动到$D$点时的速度为$v_{3}$,此时小车的速度为$v_{4}$,根据机械能守恒定律得$\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}=\dfrac{1}{2}mv_{3}^{2}+\dfrac{1}{2}Mv_{4}^{2}+mg \cdot 2r_{2}$
根据水平方向动量守恒得$mv_{1}=mv_{3}+Mv_{4}$
联立方程,代入数据计算发现:$v_{3}$和$v_{4}$无解,小球不能从$D$点飞出。
方法二:假设小球能够运动到的最大高度与$B$点的高度差为$H$,小球相对于小车的相对速度为零时达到最大高度,设此时速度为$v_{5}$,根据机械能守恒定律得$\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}=\dfrac{1}{2}(m+M)v_{5}^{2}+mgH$
根据水平方向动量守恒得$mv_{1}=(m+M)v_{5}$
联立方程,代入数据计算得$H=0.3{\;\rm m}\lt r_{1}=0.4\;\rm m$
小球不能从$D$点飞出。
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