如图所示,光滑水平面上放置一轻质弹簧,弹簧的左端固定在挡板上,右端与小球甲(视为质点)接触不粘连,用一根轻质细线连接在挡板与小球之间,使弹簧处于压缩状态,且弹簧的压缩量为
x₀,质量为
m的小球乙(视为质点)放置在甲的右侧。在水平面的下方固定放置一半径为
r的圆管轨道,圆管的内径略大于乙的直径,
D是轨道上圆心
O的等高点,
EC是竖直直径,B、
E是管口,管的内壁光滑。现突然烧断细线,弹簧恢复原长后甲与乙发生弹性碰撞,且碰撞刚结束时甲、乙的速度大小相等。乙从水平面的右边缘
A 点离开后,正好从管口
B(与管口无碰撞)进入圆管,乙沿着管壁运动到
E点,离开
E点水平向左抛出后又能到达
B点。已知∠
BOC=60°,弹簧的弹性势能
Ep与弹簧的形变量
x以及弹簧的劲度系数
k之间的关系式为
重力加速度为g,求: