- 对心碰撞和非对心碰撞、散射
- 共327题
如图所示,光滑的水平地面上有一木板,其左端放有一重物,右方有一竖直的墙。重物质量为木板质量的2倍,重物与木板间的动摩擦因数为μ。使木板与重物以共同的速度v0向右运动,某时刻木板与墙发生弹性碰撞,碰撞时间极短,求木板从第一次与墙碰撞到再次碰撞所经历的时间。设木板足够长,重物始终在木板上,重力加速度为g。
正确答案
解:第一次与墙碰撞后,木板的速度反向,大小不变,此后木板向左做匀减速运动,重物向右做匀减速运动,最后木板和重物达到一共同的速度v。设木板的质量为m,重物的质量为2m,取向右为动量的正方向,由动量守恒得
2mv0-mv0=3mv
设从第一次与墙碰撞到重物和木板具有共同速度v所用的时间为t1,对木板应用动量定理得
2μmgt1=mv-m(-v0)
由牛顿第二定律得2μmg=ma,式中a为木板的加速度
在达到共同速度v时,木板离墙的距离l为
开始向右做匀速运动到第二次与墙碰撞的时间为
从第一次碰撞到第二次碰撞所经过的时间为t=t1+t2
由以上各式得
如图所示,倾角为θ的斜面上静止放置三个质量均为m的木箱,相邻两木箱的距离均为l。工人用沿斜面的力推最下面的木箱使之上滑,逐一与其他木箱碰撞。每次碰撞后木箱都粘在一起运动。整个过程中工人的推力不变,最后恰好能推着三个木箱匀速上滑。已知木箱与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。设碰撞时间极短,求:
(1)工人的推力;
(2)三个木箱匀速运动的速度;
(3)在第一次碰撞中损失的机械能。
正确答案
解:(1)设工人的推力为F,则有F=3mg(sinθ+μcosθ)
(2)设第一次碰撞前瞬间木箱速度为v1,由功能关系得
设碰撞后两木箱的速度为v2,由动量守恒得mv1=2mv2设再次碰撞前瞬间速度为v3,由功能关系得
设碰撞后三个木箱一起运动的速度为v4,由动量守恒得2mv3=3mv4
联立以上各式得
(3)设在第一次碰撞中损失的机械能为△E,有
联立解得△E=mgl(sinθ+μcosθ)
如图所示,在光滑水平长直轨道上,A、B两小球之间有一处于原长的轻质弹簧,弹簧右端与B球连接,左端与A球接触但不粘连,已知,开始时A、B均静止。在A球的左边有一质量为
的小球C以初速度v0,与A球碰撞后粘连在一起,成为一个复合球D,碰撞时间极短。接着逐渐压缩弹簧并使B球运动.经过一段时间后,D球与弹簧分离(弹簧始终处于弹性限度内)。
(1)上述过程中,弹簧的最大弹性势能是多少?
(2)当弹簧恢复原长时B球速度是多大?
(3)若开始时在B球右侧某位置固定一块挡板(图中未画出),在D球与弹簧分离前使B球与挡板发生碰撞,并在碰后立即将挡板撤走,设B球与挡板碰撞时间极短,碰后B球速度大小不变,但方向相反。试求出此后弹簧的弹性势能最大值的范围。
正确答案
解:(1)C与A相碰后速度为,三个球共同速度为
,得
,得
(2)设弹簧恢复原长时,D球速度为,B球速度为
得,
(3)设B球与档板相碰前瞬间D、B两球速度为、
与档板碰后弹性势能最大(设为),则D、B两球速度相等,设为
整理得
当时,
最大,
当时,
最小,
如图所示,三个可视为质点的物块A,B,C,在水平面上排成一条直线,且彼此间隔一定距离。已知mA=mB=10 kg,mC=20 kg,C的左侧水平面光滑,C的右侧水平面粗糙,A,B与粗糙水平面间的动摩擦因数μA=μB=0.4,c与粗糙水平面间动摩擦因数μC=0.2,A具有20 J的初动能向右运动,与静止的B发生碰撞后粘在一起,又与静止的C发生碰撞,最后A,B,C粘成一个整体,求:(取g=10 m/s2)
(1)在第二次碰撞中损失的机械能有多少?
(2)这个整体在粗糙的水平面上滑行的距离是多少?
正确答案
解:(1)由于A的初动能
得A的初速度v0=2 m/s
A,B发生完全非弹性碰撞,根据动量守恒定律
mAv0=(mA+mB)v1,得v1=1 m/s
A,B与C发生完全非弹性碰撞,根据动量守恒定律
(mA+mB)v1=(mA+mB+mC)v2,得v2=0.5 m/s
在第二次碰撞中损失的机械能
(2)A、B、C整体在粗糙水平面上所受的摩擦力f=fA+fB+fC=μAmAg+μBmBg+μCmCg=120 N
根据动能定理解得
如图所示,abc是光滑的轨道,其中ab是水平的,bc是位于竖直平面内与ab相切的半圆,半径R=0.40 m。质量m=0.30 kg的小球A静止在水平轨道上,另一质量M=0.50 kg的小球B以v0=4 m/s的初速度与小球A发生碰撞。已知碰后小球A经过半圆的最高点c后落到轨道上距b点为L=1.2 m处,重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)当A球经过半圆的最高点c时的速度大小;
(2)当A球经过半圆的最低点b时它对轨道的作用力;
(3)判断A,B碰撞是否是完全弹性碰撞。
正确答案
解:(1)设碰后小球A在半圆的最高点c时速度为vA',球A随后离开c点做平抛运动,有
,L=vA't
解得vA'=3 m/s
(2)设碰后小球A在半圆的最低点b时速度为vA,小球A从b点到c点由机械能守恒定律得
解得vA=5 m/s
在b点时,对A由牛顿运动定律可得:
联立解得FN=21.75 N
根据牛顿第三定律,球对轨道的作用力FN'大小为21.75 N,方向竖直向下
(3)对碰撞过程,由动量守恒定律得Mv0=MvB+mvA解得vB=1 m/s
由功能关系得,碰撞中产生的内能
解得E=0
所以,球A,B的碰撞为完全弹性碰撞
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