Question

（2011?洪山区模拟）如图所示，一轻杆两端分别固定a、b两个半径相等的光滑金属球，a球质量大于b球质量．整个装置放在光滑的水平面上，将此装置从图示位置由静止释放，则（　　）

A．在b球落地前瞬间，a球的速度方向向右

B．在b球落地前瞬间，a球的速度方向向左

C．在b球落地前的整个过程中，轻杆对b球的冲量为零

D．在b球落地前的整个过程中，轻杆对b球做的功为零

Answer 1

分析：整个装置下落过程中，水平方向没有外力，水平方向的动量守恒．原来系统水平方向的动量为零，在b球落地前瞬间，系统水平方向的动量仍为零，a的速度一定为零．根据动量定理分别分析杆对b球水平方向的冲量和竖直方向冲量，再确定杆对b球的冲量．a球原来速度为零，b落地瞬间速度仍为零，根据动能定理分析杆对a做功为零．在b球下落过程中，系统的机械能守恒，根据守恒条件分析杆对a球和b球做功关系，确定轻杆对b球做的功．

解答：解：
A、B、对两球及杆系统，在b球落地前瞬间，b球的水平速度为零，根据系统水平方向动量守恒，系统初始动量为零，则此时a球的速度必定为零，故A、B均错误；
C、对b球，水平方向上动量变化为零，由动量定理可知，杆对b球的水平冲量为零．在竖直方向上，根据系统机械能守恒可知，b落地时速度与只在重力作用下的速度一样，如图所示v-t图象中斜线为b球自由落体运动的图线，曲线为b球竖直方向的运动图线，在竖直方向上运动的位移与落地速度相同，对比可知b球落地所用时间相对自由落体运动的时间要长，由动量定理可知杆对b球的竖直方向的冲量必定不为零，且冲量方向向上，所以杆对b球的水平和竖直冲量可知，杆对b球的冲量不为零，且方向竖直向上．故C错误；
D、设杆对a球做功W₁，对b球做功W₂，系统机械能守恒，则除了重力之外的力的功必定为零，即W₁+W₂=0，对a球由动能定理可知W₁=0，故W₂=0．故D正确．
故选D．

点评：本题是动量定理、动量守恒定律与机械能守恒定律的综合应用，难点在于分析轻杆对b球的冲量．利用作图法是分析物体运动常用方法．