- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
如图所示,竖直放置的圆弧轨道和水平轨道两部分相连。水平轨道的右侧有一质量为2m的滑块C与轻质弹簧的一端相连,弹簧的另一端固定在竖直的墙M上,弹簧处于原长时,滑块C静止在P点处;在水平轨道上方O处,用长为L的细线悬挂一质量为m的小球B,B球恰好与水平轨道相切,并可绕O点在竖直平面内摆动,质量为m的滑块A由圆弧轨道上静止释放,进入水平轨道与小球B发生弹性碰撞。P点左方的轨道光滑、右方粗糙,滑块A、C与PM段的动摩擦因数均为μ=0.5,A、B、C均可视为质点,重力加速度为g。则:
(1)求滑块A从2L高度处由静止开始下滑,与B碰后瞬间B的速度;
(2)若滑块A能以与球B碰前瞬间相同的速度与滑块C相碰,A至少要从距水平轨道多高的地方开始释放?
(3)在(2)中算出的最小值高度处由静止释放A,经一段时间A与C相碰,设碰撞时间极短,碰后一起压缩弹簧,弹簧最大压缩量为,求弹簧的最大弹性势能。
正确答案
解:(1)对A,由机械能守恒得
解得
A与B碰:mv0=mvA+mvB
解得
(2)要使滑块A能以与B碰前瞬间相同的速度与C碰撞,必须使小球B受A撞击后在竖直平面内完成一个完整的圆周运动后从左方撞击A,使A继续向右运动
设A从距水平面高为h的地方释放,与B碰前的速度为v0
对A,由机械能守恒得:
设小球B通过最高点的速度为vB,则它通过最高点的条件是:
小球B从最低点到最高点的过程机械能守恒:
解得
(3)从这个高度下滑的A与C碰撞前瞬间速度:v0
设A与C碰后瞬间的共同速度为v,由动量守恒:mv0=(m+2m)v
A、C一起压缩弹簧,由能量守恒定律,有:
解得
如图甲所示,物块A、B的质量分别是mA=4.0 kg和mB=3.0 kg,用轻弹簧拴接放在光滑的水平地面上,物块B右侧与竖直墙相接触。另有一物块C从t=0时以一定速度向右运动,在=4 s时与物块A相碰,并立即与A粘在一起不再分开,物块C的v-t图像如图乙所示。求:
(1)物块C的质量mC;
(2)墙壁对物块B的弹力在4s到12 s的时间内对B做的功W及对B的冲量I的大小和方向;
(3)B离开墙后的过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep。
正确答案
解:(1)由乙图知,C与A碰前速度为v1=9 m/s,碰后速度为v2=3 m/s,C与A碰撞过程动量守恒,则有
mCv1=(mA+mC)v2
解得mC=2 kg
(2)墙对物块B不做功,所以W=0
由图乙知,12 s末A和C的速度为v3=-3 m/s,在4s 到12 s内墙对B的冲量为
I=(mA+mC)v'3-(mA+mC)v3
所以I= -36 N·s,方向向左
(3)12 s末B离开墙壁,之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒,且当A、C与B速度相等时弹簧弹性势能最大
(mA+mC)v3=(mA+mB+mC)v4
解得Ep=9 J
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,质量均为m的A、B两个弹性小球,用长为2l的不可伸长的轻绳连接。现把A、B两球置于距地面高H处(H足够大),间距为l。当A球自由下落的同时,B球以速度V0指向A 球水平抛出。求:
(1)两球从开始运动到相碰,A球下落的高度。
(2)A、B两球碰撞(碰撞时无机械能损失)后,各自速度的水平分量。
(3)轻绳拉直过程中,B球受到绳子拉力的冲量大小。
正确答案
解:(1)设A球下落的高度为h
①
②
联立①②得 ③
(2)由水平方向动量守恒得 ④
由机械能守恒得 ⑤
式中
联立④⑤得,
(3)由水平方向动量守恒得
(1)如图甲所示,ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道,BC段水平,AB段与BC段平滑连接。质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑,与静止在轨道BC段上质量为m2的小球发生碰撞,碰撞前后两球的运动方向处于同一水平线上,且在碰撞过程中无机械能损失,求碰撞后小球m2的速度大小v2;
(2)碰撞过程中的能量传递规律在物理学中有着广泛的应用。为了探究这一规律,我们采用多球依次碰撞、碰撞前后速度在同一直线上、且无机械能损失的简化力学模型。如图乙所示,在固定光滑水平直轨道上,质量分别为m1、m2、m3、……mn-1、mn……的若干个球沿直线静止相间排列,给第1个球初动能 Ek1,从而引起各球的依次碰撞。定义其中第n个球经过一次碰撞后获得的动能Ekn与Ek1之比为第1个球对第n个球的动能传递系数k1n。
a.求k1n;
b.若m1=4m0,m3=m0,m0为确定的已知量。求m2为何值时,k13最大。
正确答案
解:(1)设碰撞前m1的速度为v10,根据机械能守恒定律 ①
设碰撞后m1与m2的速度分别为v1和v2,根据动量守恒定律m1v10=m1v1+m2v2 ②
由于碰撞过程中无机械能损失 ③
②、③式联立解得 ④
将①式代入④式得
(2)a.由④式,考虑到和
得
根据动能传递系数的定义,对于1、2两球 ⑤
同理可得,球m2和球m3碰撞后,动能传递系数k13应为 ⑥
依此类推,动能传递系数k1n应为…
…
解得
b.将m1=4m0,m3=m0代入⑥可得
为使k13最大,只需使最大,即使
取最小值
由可知
当,即m2=2m0时,k13最大
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