质量均为m的两小球A、B间有压缩的轻、短弹簧,弹簧处于锁定状态,两球的大小尺寸和弹簧尺寸都可忽略,把它们放入固定在水平面上的竖直光滑发射管内,解除弹簧锁定后,B球仍然保持静止,A球能上升的最大高度为R,如图(甲)所示。现在让两球(包括同样锁定的弹簧)沿光滑的半径也为R的固定半圆槽左端的M点由静止开始滑下,如图(乙)所示,到达半圆槽的最低点时解除弹簧锁定,求A球离开半圆槽后能上升的最大高度。
![]()
1.9 R
解析:解除锁定后弹簧将弹性势能全部转化为A球的机械能,则弹簧的弹性势能为E弹=mgR
AB系统由水平位置滑到圆轨道最低点时速度为v0,由机械能守恒定律,有
2mgR=2
/2
解除弹簧锁定后,弹簧恢复到原长时,A、B的速度分别为va、vb,由动量守恒和能量守恒,则有
2mv0=mva+mvb
2
/2+E弹=mv
解得:va=
-
(不符合题意,舍去)
va=
+![]()
设A球相对半圆槽口上升的最大高度为h,则
mg(h+R)=
mv
解得:h=(
+
)R≈1.9 R。