- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
如图1-3所示,质量为m的木块可视为质点,置于质量也为m的木盒内,木盒底面水平,长l="0.8" m,木块与木盒间的动摩擦因数μ=0.5,木盒放在光滑的地面上,木块A以v0="5" m/s的初速度从木盒左边开始沿木盒底面向右运动,木盒原静止.当木块与木盒发生碰撞时无机械能损失,且不计碰撞时间,取g="10" m/s2.问:
小题1:木块与木盒无相对运动时,木块停在木盒右边多远的地方?
小题2:在上述过程中,木盒与木块的运动位移大小分别为多少?
正确答案
小题1:0.45 m
小题2:s盒="1.075" m s块="1.425" m
小题1:木块相对木盒运动及与木盒碰撞的过程中,木块与木盒组成的系统动量守恒,最终两者获得相同的速度,设共同的速度为v,木块通过的相对路程为s,则有:
mv0=2mv ①
μmgs=
mv02-
·2mv2②
由①②解得s="1.25" m
设最终木块距木盒右边为d,由几何关系可得:
d=s-l="0.45" m
小题2:从木块开始运动到相对木盒静止的过程中,木盒的运动分三个阶段:第一阶段,木盒向右做初速度为零的匀加速运动;第二阶段,木块与木盒发生弹性碰撞,因两者质量相等,所以交换速度;第三阶段,木盒做匀减速运动,木盒的总位移等于一、三阶段的位移之和.为了求出木盒运动的位移,我们画出状态示意图,如图1-4所示.
设第一阶段结束时,木块与木盒的速度分别为v1、v2,则:
mv0=mv1+mv2 ③
μmgL=mv02-
m(v12+v22) ④
因在第二阶段中,木块与木盒转换速度,故第三阶段开始时木盒的速度应为v1,选木盒为研究对象
对第一阶段:μmgs1=mv22 ⑤
对第三阶段:μmgs2=mv12-
mv2 ⑥
从示意图得s盒=s1+s2 ⑦
s块=s盒+L-d ⑧
解得s盒="1.075" m s块="1.425" m
如图所示,一水平轨道左端与一倾斜轨道平滑连接,右端与一半径为R的竖直面内的圆轨道连接,小球B静止在水平轨道上,小球A从倾斜轨道上某高度处由静止开始下滑,与B发生无能量损失的弹性正碰,不计一切摩擦,已知A、B的质量分别为mA=m,mB=3m,若碰后小球B恰好能通过圆轨道的最高点,求释放小球A的初始位置距离水平轨道的高度h。
正确答案
解:B小球恰好通过最高点时,
B小球从最低点运动到最高点机械能守恒,
两小球碰撞过程动量守恒,机械能守恒
A小球从h高处向下运动机械能守恒,
联立以上各式得h=10R
(选做题,选修3-5)
如图所示,光滑水平面工滑块A、C质量均为m=1 kg,B质量为M=3kg。开始时A、B静止,现将C以初速度v0=2m/s的速度滑向A,与A碰后粘在一起向右运动与B发生碰撞,碰后B的速度vB=0.8 m/s,B与墙发生碰撞后以原速率弹回。 (水平面足够长)
①求A与C碰撞后的共同速度大小;
②分析判断B反弹后能否与AC再次碰撞?
正确答案
解:
①设AC与B碰前的速度为v1,与B碰后的速度为v2,A、C 作用过程中动量守恒有mv0=2mv1代人数据得v1=1 m/s
即A与C碰撞后共同速率为1 m/s。
②AC与B碰撞过程动量守恒有2mv1=2mv2+MvB代入数据得:v2=-0.2 m/s
vB大小大于v2大小,故能发生第二次碰撞。
(选修3-5选做题)
质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地面上,钢板处于平衡状态。一质量也为m的物块甲从钢板正上方距离为h的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连,它们一起向下运动x0后到达最低点B;若物块乙质量为2m,仍从A处自由落下,则物块乙与钢板一起向下运动到B点时,仍具有向下的速度,求此时速度的大小vB(已知重力加速度为g)。
正确答案
解:设物块甲刚落在钢板上时的速度为v0,根据机械能守恒定律可得:
解得:
设物块甲与钢板碰撞后的速度为v1,根据动量守恒定律可得:
mv0=2mv1解得:
根据题意可知到达最低点占时弹簧的弹性势能增为:
设当物块乙落在钢板上时的速度为v'0,根据机械能守恒定律可得:
解得:
设物块乙与钢板碰撞后的速度为v2,根据动量守恒定律可得:
2mv'0=3mv2解得:
根据能量守恒定律可得:
由以上各式解得:
如图所示,圆管构成的半圆形轨道竖直固定在水平地面上,轨道半径为R,MN为直径且与水平面垂直,直径略小于圆管内径的小球A以某一速度冲进轨道,到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生碰撞,碰后两球粘在一起飞出轨道,落地点距N 为2R,重力加速度为g,忽略圆管内径,空气阻力及各处摩擦均不计,求:
(1) 粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t;
(2) 小球A冲进轨道时速度v的大小。
正确答案
解:(1)粘合后的小球A 和小球B ,飞出轨道后做平抛运动,竖直方向分运动为自由落体运动,有 ①
解得: ②
(2)设球A的质量为m,碰撞前速度大小为,把求A冲进轨道最点处的重力势能定为0,由机械能守恒定律知:
③
设碰撞后粘在一起的两球的速度为,由动量守恒定律知:
④
飞出轨道后做平抛运动,水平方向分运动为匀速直线运动,有 ⑤
联立②③④⑤几式可得: ⑥
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