【考点】43:平抛运动;53:动量守恒定律;6C:机械能守恒定律
【专题】16:压轴题;52G:动量和能量的综合.
【分析】(1)AB滑块在碰撞的过程中动量守恒,根据动量守恒可以求得碰后B的速度的大小,在由动量定理可以求得AB之间的相互的作用力的大小;
(2)a、A滑块在运动的过程中,只有重力做功,它的机械能守恒,而B做的是平抛运动,B有一个水平方向的初速度,所以在任意的一个位置,B的合速度都要比A的速度大,由此可以分析它们的动量的关系;
b、M点在平抛运动的轨迹上,所以M点水平的位移和竖直方向上的位移满足平抛运动的规律,再根据B滑块做的是平抛运动,可以求得在M点的水平速度和竖直速度之间的关系.
【解答】解:(1)滑动A与B正碰,满足
mvA﹣mVB=mv0 ①
mvA2+mvB2=mv0②
由①②,解得vA=0,vB=v0,
根据动量定理,滑块B满足 F•△t=mv0
解得 F=.
所以碰撞过程中A对B平均冲力的大小为.
(2)a.设任意点到O点竖直高度差为d.
A、B由O点分别运动至该点过程中,只有重力做功,所以机械能守恒.
选该任意点为势能零点,有
EA=mgd,EB=mgd+mv02
由于p=,
有==<1,
即 PA<PB
所以A下滑到任意一点的动量总和是小于B平抛经过该点的动量.
b.以O为原点,建立直角坐标系xOy,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向下,则对B有
x=v0t,
y=gt2
B的轨迹方程 y=x2,
在M点x=y,所以 y=③
因为A、B的运动轨迹均为OD曲线,故在任意一点,两者速度方向相同.
设B水平和竖直分速度大小分别为vBx和vBy,速率为vB;
A水平和竖直分速度大小分别为vAx和vAy,速率为vA,则
=,=④
B做平抛运动,故vBx=v0,vBy=,vB=⑤
对A由机械能守恒得vA=,⑥
由④⑤⑥得vAx=,vAy=
将③代入得 vAx=v0 ,vAy=v0.
所以A通过M点时的水平分速度为v0 ,竖直分速度的大小为v0.
【点评】本题的第二问比较新颖,A沿着平抛轨迹的轨道运动,B做的是平抛运动,它们的运动的轨迹相同,但是在每个地方的速度的情况并不相同,主要的区别就在于B有一个水平的初速度;
在计算M点的水平和竖直速度的大小的时候,充分的利用了B做平抛运动的规律,本题是考查平抛运动规律的一道好题.