- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
有一倾角为θ的斜面,其底端固定一档板,另有三个木块A、B、C,它们的质量分别为mA=mB=m,mC=3m,它们与斜面间的动摩擦因数都相同。其中木块A和一轻弹簧连接,放于斜面上,并通过轻弹簧与档板M相连,如图所示。开始时,木块A静止在P点,弹簧处于原长,木块B在Q点以初速度v0沿斜面向下运动,P、Q间的距离为l,已知木块B在下滑过程中做匀速直线运动,与木块A碰撞后立刻一起沿斜面向下运动,但不粘连,它们到达一个最低点后向上运动,木块B向上运动恰好能回到Q点。现将木块C从Q点以初速度沿斜面向下运动,木块A仍静止于P点,经历同样的过程,最后木块C停在斜面上的R点(图中未画出)。求:
(1)A、B一起开始压缩弹簧时速度v1;
(2)A、B压缩弹簧的最大长度;
(3)P、R间的距离l'的大小。
正确答案
解:(1)木块B下滑做匀速运动,有mgsinθ=μmgcosθ
B和A碰撞后,设速度为v1,根据动量守恒定律得mv0=2mv1
解得v1=
(2)设两木块向下压缩弹簧的最大长度为x,两木块被弹簧弹回到P点时的速度为v2,根据动能定理得
一μ2mgcosθ2x=2mv
一
2mv
两木块在P点处分开后,木块B上滑到Q点的过程中,根据动能定理得
一(mgsinθ+μmgcosθ)l=0一mv
解得x=一l
(3)木块C与A碰撞前后速度为v1',根据动量守恒定律得3m=4mv1'
解得v1'=
设木块C和A压缩的最大长度为x',两木块被弹簧弹回到P点时的速度为v2',根据动能定理得
一μ4mgcosθ2x'=4mv'
一
4mv'
木块C与A在P点处分开后,木块C上滑到R的过程中,根据动能定理得
一(3mgsinθ+μ3mgcosθ)l'=0一3mv'
在木块压缩弹簧的过程中,重力对木块所做的功与摩擦力对木块所做的功大小相等,因此,木块B和A压缩弹簧的初动能Ek1==
木块C与A压缩弹簧的初动能Ek2==
即Ek1=Ek2
因此,弹簧先后两次的最大压缩量相等,即x=x',综上可得l'=l一
如图,倾角为θ的斜面固定。有n个质量都为m的相同的小木块(可视为质点)放置在斜面上。相邻两小木块间距离都为l,最下端的木块距底端也是l,小木块与斜面间的动摩擦因数都为μ。在开始时刻,第一个小木块从斜面顶端以初速度v0沿斜面下滑,其余所有木块都静止,由于第一个木块的下滑将依次引起一系列的碰撞。设每次碰撞的时间极短,在每次碰撞后,发生碰撞的木块都粘在一起运动,直到最后第n个木块到达底端时,速度刚好为零。己知重力加速度为g。求:
(1)第一次碰撞后小木块l的速度大小v;
(2)从第一个小木块开始运动到第一次碰撞后系统损失的机械能△E;
(3)发生一系列碰撞后,直到最后第n个木块到达底端,在整个过程中,由于碰撞所损失的总机械能△E总。
正确答案
解:(1)设小木块1碰前的速度为v1,从开始运动到碰前,根据动能定理
对小木块1和2,由动量守恒
求出
(2)碰撞前损失的机械能为
因碰撞损失的机械能为
求出
(3)对n个木块碰撞的全过程
重力做的总功WG=
克服摩擦做的总功
根据功与能的关系
由以上各式求出
如图所示,质量为m3=3kg的滑道静止在光滑的水平面上,滑道的AB部分是半径为R=0.15m的四分之一的圆弧,圆弧底部与滑道水平部分相切,滑到水平部分右端固定一个轻弹簧。滑道除CD部分粗糙外其他部分均光滑。质量为m2=2kg的物体2(可视为质点)放在滑道的B点,现让质量为m1=1kg的物体1(可视为质点)自A点静止释放,两物体在滑道BC之间相碰后并粘为一体(g=10m/s2)。
(1)求物体1从释放到与物体2相碰的过程中,滑道向左运动的距离;
(2)若CD=0.1m,两物体与滑道的CD部分的动摩擦因数都为,求在整个运动过程中,弹簧具有最大弹性势能。
正确答案
解:(1)m1从释放到与m2相碰撞过程,m1、m3组成的系统水平方向动量守恒,设m1水平位移大小s1,m3水平位移大小s3,有
可以求得
(2)设m1、m2刚要相碰时物体1的速度v1,滑道的速度为v3,由机械能守恒定律有
由动量守恒定律有
设物体1和物体2相碰后的共同速度为v2,由动量守恒定律有
弹簧第一次压缩最短时由动量守恒定律可知物体1、2和滑道速度为零,此时弹性势能最大,设为Epm。从物体1、2碰撞后到弹簧第一次压缩最短的过程中,由能量守恒有
联立以上方程,代入数据可得
如图所示,长为0.60m的木板A,质量为1kg,板的右端放有物块B,质量为3kg,它们一起在光滑水平面上向左匀速运动,速度,以后木板A与等高的竖直固定档板C发生碰撞,碰撞时间极短,且碰撞时没有机械能损失,物块B与木板A间的动摩擦因数0.4,取重力加速度
,问A、C能否发生第二次碰撞,请通过计算说明理由。若能,则第一次碰撞后再经多长时间A与C发生第二次碰撞;若不能,则第一次碰撞后A做什么运动。
正确答案
解:由于A与C碰撞没有机械能损失,A碰后原速率弹回,以向右运动,若能与C发生第二次撞,则要求A在B对他的摩擦力的作用下,重新向左运动,且B没有滑出A。
设B没滑出A,达到共同速度为v,由动量守恒定律(向左为正),有
解得,方向向左
B在A上滑过的距离为SBA,则
解得SBA=0.5m<L,B不能滑出A,故可以与C发生第二次碰撞。
A与B达到共同速度前做匀变速运动,达到共同速率后做匀速直线运动,设加速度为a
μmBg=mAa, a=12m/s2
A与B达到共同速度经历的时间为t1
t1=v0-v/a=0.25s
此过程A对地向右的位移为s
s= v02-v2/2a=0.125m, t2=s/v=0.125s
所以,第一次碰撞后再与C发生第二次碰撞所经历的时间为:
t=t1+t2=0.375s
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)
扫码查看完整答案与解析