问题
问答题
如图所示，ab是水平的光滑轨道，bc是与ab相切的位于竖直平面内、半径R=0.4m的半圆形光滑轨道．现在A、B两个小物体之间夹一个被压缩的弹簧（弹簧未与A、B挂接）后用细线拴住，使其静止在轨道ab上．当烧断细线后，A物体被弹簧弹开，此后它恰能沿半圆形轨道通过其最高点c．已知A和B的质量分别为mA=0.1kg和mB=0.2kg，重力加速度g取10m/s2，所有物体均可视为质点．求：
（1）A在半圆形轨道的最高点c处时的速度大小；
（2）A刚过半圆形轨道最低点b时，对轨道的压力大小；
（3）烧断细线前，弹簧的弹性势能．
答案
（1）设弹簧弹开后B物体与A物体的速度大小分别为v1和v2，A物体在c点的速度大小为v3．由于A恰能过c点，说明A在c点时对轨道无压力，此时由重力提供向心力由牛顿第二定律有mAg=mAv 23 R
代入数据解得v3=2m/s（1分）
（2）A从b点到c点的过程中，机械能守恒有
mA1 2
=v 22
mA1 2
+2mAgRv 23
v2=
代入数据解得v2=2
+4gRv 23
m/s5
在b点，轨道对A的支持力F与重力mAg的合力提供向心力
由牛顿第二定律：F-mAg=mAv 22 R
代入数据解得F=6N
由牛顿第三定律可得A对轨道的压力大小为6N
（3）A、B被弹开的过程中，它们组成的系统动量守恒
有mAv2-mBv1=0
代入数据解得v1=
m/s5
该过程中A、B和弹簧组成的系统机械能守恒
有EP=
mA1 2
+v 22
mB1 2 v 21
代入数据解得烧断细线前，弹簧的弹性势能EP=1.5J
答：（1）A在半圆形轨道的最高点c处时的速度大小为v3=2m/s；
（2）A刚过半圆形轨道最低点b时，对轨道的压力大小为6N；
（3）烧断细线前，弹簧的弹性势能为1.5J．
