Question

【題目】如圖所示，質(zhì)量M＝2 kg的滑塊套在光滑的水平軌道上，質(zhì)量m＝1 kg的小球通過長(zhǎng)L＝0.5 m的輕質(zhì)細(xì)桿與滑塊上的光滑軸O連接，小球和輕桿可在豎直平面內(nèi)繞O軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，開始輕桿處于水平狀態(tài)，現(xiàn)給小球一個(gè)豎直向上的初速度v0＝4 m/s，g取10 m/s2。
（1）若鎖定滑塊，試求小球通過最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力大小和方向；
（2）解除對(duì)滑塊的鎖定，小球過最高點(diǎn)時(shí)速度大小v′＝2 m/s，求此時(shí)滑塊的速度大小。

Answer 1

【答案】
（1）由 ，

可得 ， （N），設(shè)小球通過最高點(diǎn)P時(shí)輕桿對(duì)小球的作用力為 ，則有 （N），故可知小球通過最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力大小為2 N，方向?yàn)樨Q直向上（作用力與反作用力大小相等方向相反）。

（2）設(shè)此時(shí)滑塊的速度為v，由于小球與滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力作用動(dòng)量守恒，故有 ， (m/s)，負(fù)號(hào)表示與小球速度方向相反，由此可得此時(shí)滑塊的速度大小為1m/s．

【解析】解答：(1) 由 ，
可得 ， （N），設(shè)小球通過最高點(diǎn)P時(shí)輕桿對(duì)小球的作用力為 ，則有 （N），故可知小球通過最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力大小為2 N，方向?yàn)樨Q直向上（作用力與反作用力大小相等方向相反）。(2)設(shè)此時(shí)滑塊的速度為v ， 由于小球與滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力作用動(dòng)量守恒，故有 ， (m/s)，負(fù)號(hào)表示與小球速度方向相反，由此可得此時(shí)滑塊的速度大小為1m/s．
分析：本題考查了動(dòng)量守恒、向心力的計(jì)算、機(jī)械能守恒的概念
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解牛頓第三定律的相關(guān)知識(shí)，掌握牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律指出了兩物體之間的作用是相互的，因而力總是成對(duì)出現(xiàn)的，它們總是同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失；作用力和反作用力總是同種性質(zhì)的力；作用力和反作用力分別作用在兩個(gè)不同的物體上，各產(chǎn)生其效果，不可疊加．