- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
质量为m1=5kg的小球在光滑水平面上以速度
正确答案
-25，2.5
某同学用一个光滑的半圆形轨道和若干个大小相等、可视为质点的小球做了三个有趣的实验，轨道固定在竖直平面内，且两端同高。第一次，他将一个小球从离轨道最低点的竖直高度处由静止沿轨道下滑（远小于轨道半径），用秒表测得小球在轨道底部做往复运动的周期为；第二次，他将小球放在轨道的最低点，使另一个小球从轨道最高点由静止沿轨道滑下并与底部的小球碰撞，结果小球返回到原来高度的1/4，小球也上滑到同样的高度；第三次，用三个质量之比为m1:m2:m3＝5:3:2的小球做实验，如图所示，先将球2和3放在轨道的最低点，球1从某一高度由静止沿轨道下滑，它们碰后上升的最大高度分别为1、2和3，不考虑之后的碰撞。设实验中小球间的碰撞均无能量损失。重力加速度为。求：
（1）半圆形轨道的半径；
（2）第二次实验中两小球的质量之比mA:mB；
（3）第三次实验中三个小球上升的最大高度之比h1:h2:h3。
正确答案
解：（1）第一次实验中，小球的运动可以看做摆长为的单摆，根据单摆周期公式有：
所以
（2）第二次实验中，球从高为处释放，设球与球碰撞前瞬间的速度大小为，碰撞后瞬间它们速度的大小分别为和。由题意知，球与碰后达到的高度均为
所以
又根据动量守恒定律有
所以
（3）根据题意设球1、2、3的质量分别为5、3和2。设球1与球2碰撞前后的速度分别为1、v1'，球2与球3碰撞前后的速度分别为、v2'，球3与球2碰撞后的速度为v3。球1与球2碰撞过程中动量守恒，且机械能守恒，则有
解得
球2与球3碰撞过程中动量守恒，且机械能守恒，则有
解得
在三个小球的上升过程中，根据机械能守恒定律有
解得
如图所示，一个物块A（可看成质点）放在足够长的平板小车B的右端，A、B一起以v0的水平初速度沿光滑水平面向左滑行。左边有一固定的竖直墙壁，小车B与墙壁相碰，碰撞时间极短，且碰撞前、后无动能损失。已知物块A与小车B的水平上表面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。
（1）若A、B的质量均为m，求小车与墙壁碰撞后的运动过程中，物块A所受摩擦力的冲量大小和方向；
（2）若A、B的质量比为k，且k＜1，求物块A在小车B上发生相对运动的过程中物块A对地的位移大小；
（3）若A、B的质量比为k，且k=2，求小车第一次与墙壁碰撞后的运动过程所经历的总时间。
正确答案
解：（1）设小车B与墙碰撞后物块A与小车B所达到的共同速度大小为v，设向右为正方向，则由动量守恒定律得mv0－mv0=2mv
解得v=0
对物块A，由动量定理得摩擦力对物块A的冲量I=0－（－mv0）=mv0，冲量方向水平向右
（2）设A和B的质量分别为km和m，小车B与墙碰撞后物块A与小车B所达到的共同速度大小为v′，木块A的位移大小为s。设向右为正方向，则由动量守恒定律得：mv0－kmv0=（m+km）v′
解得v′=
对木块A由动能定理
代入数据解得
（3）当k=2时，根据题意由于摩擦的存在，经B与墙壁多次碰撞后最终A、B一起停在墙角。A与B发生相对运动的时间t0可等效为A一直做匀减速运动到速度等于0的时间，在A与B发生相对滑动的整个过程，对A应用动量定理：
解得时间
设第1次碰后A、B达到的共同速度为v1，B碰墙后，A、B组成的系统，没有外力作用，水平方向动量守恒，设水平向右为正方向，由动量守恒定律，得mv0－2mv0=（2m+m）v1
即
第1次碰后小车B向左匀速运动的位移等于向右匀减速运动到速度大小为v1这段运动的位移s1
对小车B，由动能定理得-μ2mgs1=
解得s1=
第1次碰后小车B向左匀速运动时间
设第2次碰后共速为v2，由动量守恒定律，得mv1－2mv1=（2m+m）v2
即
第2次碰后小车B向左匀速运动的位移等于向右匀减速运动到速度大小为v2这段运动的位移s2
对小车B，由动能定理得-μ2mgs2=
解得s2=
第2次碰后小车B向左匀速运动时间
同理，设第3次碰后共速为v3，碰后小车B向左匀速运动的位移为s3，则由动量守恒定律，得
第3次碰后小车B向左匀速运动时间
由此类推，第n次碰墙后小车B向左匀速运动时间
第1次碰墙后小车B向左匀速运动时间即B从第一次撞墙后每次向左匀速运动时间为首项为t1，末项为tn，公比为
如图所示，两个完全相同的质量为m的木板A、B置于水平地面上，它们的间距s=2.88m。质量为2m、大小可忽略的物块C置于A板的左端。C与A之间的动摩擦因数为μ1=0.22，A、B与水平地面之间的动摩擦因数为μ2=0.10，最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。开始时，三个物体处于静止状态，现给C施加一个水平向右，大小为2mg/5的恒力F，假定木板A、B碰撞时间极短且碰撞后粘连在一起。要使C最终不脱离木板，每块木板的长度至少应为多少？
正确答案
解：设A、C之间的滑动摩擦力大小为f1，A与水平地面之间的滑动摩擦力大小为f2
且
∴一开始A和C保持相对静止，在F的作用下向右加速运动，有
A、B两木板的碰瞬间，内力的冲量远大于外力的冲量，由动量守恒定律得
碰撞结束后到三个物体达到共同速度的相互作用过程中，设木板向前移动的位移为s1，选三个物体构成的整体为研究对象，外力之和为零，则
设A、B系统与水平地面之间的滑动摩擦力大小为f3，对A、B系统，由动能定理
对C物体，由动能定理
由以上各式，再代入数据可得t=0.3m ⑨
如图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球A、B质量分别为m、βm(β为待定系数)。A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B球相撞，碰撞后A、B球能达到的最大高度均为，碰撞中无机械能损失。重力加速度为g。试求：
（1）待定系数β；
（2）第一次碰撞刚结束时小球A、B各自的速度和B球对轨道的压力；
（3）小球A、B在轨道最低处第二次碰撞刚结束时各自的速度，并讨论小球A、B在轨道最低处第n次碰撞刚结束时各自的速度。
正确答案
解：（1）由
（2）设A、B碰撞后的速度分别为v1、v2，则
设向右为正、向左为负，解得
设轨道对B球的支持力为N，B球对轨道的压力为N′，方向竖直向上为正、向下为负
则
N′=-N=-4.5mg，方向竖直向下
（3）设A、B球第二次碰撞刚结束时的速度分别为V1、V2，则
解得
由此可得：当n为奇数时，小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其第一次碰撞刚结束时相同；
当n为偶数时，小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其第二次碰撞刚结束时相同
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