1.(2020·河北张家口期末)弹簧枪发射钢珠前,测量弹簧的弹性势能的装置如图所示,M为半径R=1.6 m、固定于竖直平面内的光滑半圆弧轨道,A、B分别是轨道的最低点和最高点;N为钢珠接收罩,它是一个与轨道的最低点A相平的很大的水平接收罩。在A放置水平向左的弹簧枪(枪的水平长度远小于M的半径),可向M轨道发射速度不同的质量均为m=0.01 kg的
小钢珠,弹簧枪可将弹性势能完全转化为小钢珠的动能。g取10 m/s2。
(1)某次发射的小钢珠沿轨道恰好能经过B点,水平飞出后落到N的某一点上,求该次发射该钢珠前,弹簧的弹性势能Ep1;
(2)另一次发射的小钢珠沿轨道从B点水平飞出后落到N上的位置与A点水平距离为s=4.8 m,求该次发射该钢珠前,弹簧的弹性势能Ep2。
解析:(1)在B处对小钢珠进行受力分析,由牛顿第二定律:mg=m
得:vB==4 m/s
从发射钢珠到上升至B点过程,由机械能守恒定律:
Ep1=ΔEp+ΔEk1=mg·2R+mv
得:Ep1=0.4 J。
(2)小钢珠做平抛运动,有
2R=gt2
s=vB′·t
联立解得:v′B=6 m/s
由机械能守恒定律:
Ep2=ΔEp+ΔEk2=mg·2R+mvB′2
得:Ep2=0.5 J。
答案:(1)0.4 J (2)0.5 J