(2005?江苏)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

2025-05-07 05:05:48
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回答1:

解:(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

1
3
v0
即当小球A、C第一次相碰时,小球B的速度为
1
3
v0

(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
1
2
m
v
1
2
m
v
+2×
1
2
m
v

解得
vB=?
1
3
v0

vA
2
3
v0
(三球再次处于同一直线)
另一组解为
vB=v0
vA=0(为初始状态,舍去)
所以,三个小球再次处在同一直线上时,小球B的速度为vB=?
1
3
v0
(负号表明与初速度反向)
(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θ(如图),则仍由动量守恒定律和机械能守恒定律,得
mv0=2musin
θ
2

1
2
m
v
=2×
1
2
m
u

另外,EKA
1
2
mu2

由此可解得,小球A的最大动能为EKA
1
4
mv02
,此时两根绳间夹角为θ=90°
即运动过程中小球A的最大动能EKA
1
4
mv02
、此时两根绳的夹角θ为90°.
(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|
所以,此时绳中拉力大小为:
F=m
v2
L
=m