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如圖,有一光滑凹坑,坑面是球半徑為R的球冠,坑的邊緣是一個(gè)半徑為r的圓周,且r?R??拥撞块_(kāi)口處裝有水平輕質(zhì)彈簧,彈簧一端固定在O點(diǎn),自由端恰好位于坑底部中心?,F(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從邊緣P點(diǎn)自由釋放,P點(diǎn)、O點(diǎn)與球冠最低點(diǎn)在同一豎直平面內(nèi),彈簧的勁度系數(shù)k=
mg
R
,始終在彈性限度內(nèi)。已知彈簧振子的周期公式T=2π
m
k
,其中m為振子質(zhì)量,k為彈簧的勁度系數(shù);當(dāng)θ很小時(shí),有tanθ≈sinθ≈θ。
(1)求該物塊從釋放到第一次回到出發(fā)點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間;
(2)若(1)中的物塊在第二次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),從P點(diǎn)再次自由釋放一個(gè)完全相同的物塊,二者相撞后結(jié)合為一個(gè)組合體C,求從釋放第二個(gè)物塊到組合體C第一次升至其軌跡最高點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間;
(3)待組合體C達(dá)到其軌跡的最高點(diǎn)時(shí),用相同的物塊沿水平切向以一定的初速度與之發(fā)生彈性碰撞,若碰撞后的組合體C恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng),求該物塊的初速度大??;
(4)在(2)問(wèn)中,從坑的邊緣上Q點(diǎn)自由釋放相同的物塊,使其恰好在組合體C被彈簧推至最低點(diǎn)時(shí)相撞,并結(jié)合在一起。從物塊被釋放開(kāi)始計(jì)時(shí),每隔π
R
g
時(shí)間釋放一個(gè)物塊,物塊若未與組合體碰撞,則在其運(yùn)動(dòng)到圓坑另一邊時(shí)將其回收,若發(fā)生碰撞則與組合體結(jié)合。包括第一個(gè)物塊在內(nèi),連續(xù)釋放6個(gè)物塊,求與組合體相撞的物塊個(gè)數(shù)。
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【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
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    E
    p
    =
    1
    2
    k
    x
    2
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