- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
小球A和B的质量分别为mA和mB,且mA>mB。在某高度处将A和B先后从静止释放小球A与水平地面碰撞后向上弹回,在释放处下方与释放处距离为H的地方恰好与正在下落的小球B发生正碰。设所有碰撞都是弹性的,碰撞时间极短。求小球A、B碰撞后B上升的最大高度。
正确答案
解:根据题意,由运动学规律可知,小球A与B碰撞前的速度大小相等,设均为v0。由机械能守恒有
①
设小球A与B碰撞后的速度分别为v1和v2,以竖直向上方向为正,由动量守恒有
mAv0+mB(-v0)=mAv1+mBv2 ②
由于两球碰撞过程中能量守恒,故
③
联立②③式得 ④
设小球B能上升的最大高度为h,由运动学公式有 ⑤
由①④⑤式得 ⑥
如图所示,长为L的不可伸长的绳子一端固定在O点,另一端系质量为m的小球,小球静止在光滑水平面上。现用大小为F水平恒力作用在另一质量为2m的物块上,使其从静止开始向右运动,一段时间后撤去该力,物块与小球发生正碰后速度变为原来的一半,小球恰好能在竖直平面内做圆周运动。已知重力加速度为g,小球和物体均可视为质点,试求:
(1)小物块碰撞前速度V0的大小;
(2)碰撞过程中系统损失的机械能;
(3)恒力F作用时间。
正确答案
解:(1)小球恰好通过最高点作圆周运动,此时重力刚好提供向心力,设速度为V,有
得V=
设小球碰撞后速度为V1,其后在摆至最高点过程中,机械能守恒:
mV21=
mV2 +mg·2L
代入V值可得V1=
碰撞过程中,物块和小球系统动量守恒,有
2mV0=mV1+2m
代入V1值可得V0=
(2)碰撞过程中系统损失的机械能ΔE=·2m·V02-
·2m·
-
m
代入所求出的速度值可得ΔE=mgL
(3)小球在水平面运动的加速度
由速度公式得力F作用时间
在光滑水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车,一个质量为m的小铁块以速度v沿水平槽口滑去,如图所示,求:
(1)铁块能滑至弧形槽内的最大高度H;(设m不会从左端滑离M)
(2)小车的最大速度是多大?
(3)若M=m,则铁块从右端脱离小车后将作什么运动?
正确答案
解:(1)当铁块滑至弧形槽中的最高处时,m与M有共同的水平速度,等效于完全非弹性碰撞,由于无摩擦力做功,则系统减小的动能转化为m的势能
根据系统水平动量守恒:mv=(M+m)v′
而mgH=mv2-
(m+M)v′2可解得Hm=Mv2/[2g(M+m)]
(2)当铁块滑至最大高度后返回时,M仍在作加速运动,其最大速度是在铁块从右端脱离小车时,而铁和小车间挤压、分离过程,属于弹性碰撞模型,有:
mv=mvm+MVM
mv2=
mv2m+
Mv2M
联立得vm=v,vM=
v
所以,小车的最大速度为2mv/(M+m)
(3)当M=m时,v′m=0,vM=v,铁块将作自由落体运动
如图所示,在一个倾角为θ的光滑斜面底端有一个挡板,物体B和物体C用劲度系数为k的轻弹簧连接,静止在斜面上。将一个物体A从距离物体B为H处由静止释放,沿斜面下落后与物体B碰撞,碰撞后A与B黏合在一起并立刻向下运动,在以后的运动中A、B不再分离。已知物体A、B、C的质量均为M,重力加速度为g,忽略各物体自身的大小及空气阻力。求:
(1)A与B碰撞后瞬间的速度大小;
(2)A和B一起运动达到最大速度时,物体C对挡板的压力为多大?
(3)开始时,物体A从距B多大距离由静止释放时,在以后的运动中才能使物体C恰好离开挡板?
正确答案
(1)
(2)3Mgsinθ
(3)
一水平放置的圆环形钢性窄槽固定在桌面上,槽内嵌着三个大小相同的钢性小球,它们的质量分别为m1、m2、m3,且m2=m3=2m1。小球与槽的两壁刚好接触且不计所有摩擦。起初三个小球处于如图所示的等间距的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个位置,m2、m3静止,m1以初速度v0=沿槽运动,R为圆环内半径与小球半径之和。已知m1以v0与静止的m2碰撞之后,m2的速度大小为2v0/3;m2与m3碰撞之后二者交换速度;m3与m1之间的碰撞为弹性碰撞。求此系统的运动周期T。
正确答案
解:设经过
与
相碰,
设与
碰撞之后两球的速度分别为
、
,在碰撞过程中由动量守恒定律得:
因,求得
,方向与碰前速度方向相反
设经过
与
相碰,
设与
碰撞之后两球的速度分别为
、
,因
与
在碰撞后交换速度
所以,
由碰后速度关系知,与
碰撞的位置在Ⅰ位置,设
经过
与
相碰,
设与
碰撞后的速度分别为
,
,由动量守恒和机械能守恒定律可得:
联立得:或
(舍)
设碰后经
回到Ⅱ位置,
至此,三个小球相对于原位置分别改变了120°,且速度与最初状态相同。故再经过两个相同的过程,即完成一个系统的运动周期
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