- 弹性碰撞和非弹性碰撞
- 共325题
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,一质量为m的小物块B,放在质量为M的长木板A的左端,m=3M。长木板A静止在光滑水平面上,A、B之间的动摩擦因数为μ。现使二者一起以初速度开始向右运动,运动一段距离后,长木板A与固定竖直挡板相撞。已知A与挡板碰撞时间极短,且无机械能损失。运动过程中,B始终没从长木板A上脱落。求:
(1)长木板A第二次与挡板碰撞前,B在A上的滑痕长度s;
(2)当长木板A长度L满足什么条件时,保证B不会从A上脱落。
正确答案
解:(1)长木板A与挡板碰后,被等速率反弹。木板A与物块B系统动量守恒,设第一次达到共速,取向左为正。则有:
解得,方向向右
长木板A向左作匀减速运动,共速时滑痕最长。设最大滑痕为s1 据能量守恒:
解得:
(2)B始终没从板A上脱落,则长木板A与B将再次共速,一起向右运动,重复(1)问中的运动,直至二者速度均为零,板A右端挨着挡板。由于B一直相对A向右运动,则B相对A滑动的总路程与B相对A滑动的位移相等。设木板最短长度为,据系统能量守恒,则有:
解得:
如图,木板A静止在光滑水平面上,其左端与固定台阶相距x.与滑块B(可视为质点)相连的细线一端固定在O点.水平拉直细线并给B一个竖直向下的初速度,当B到达最低点时,细线恰好被拉断,B从A右端的上表面水平滑入.A与台阶碰撞无机械能损失,不计空气阻力.
已知A的质量为2m,B的质量为m,A、B之间动摩擦因数为μ;细线长为L、能承受的最大拉力为B重力的5倍;A足够长,B不会从A表面滑出;重力加速度为g.
(1)求B的初速度大小v0和细线被拉断瞬间B的速度大小v1(2)A与台阶只发生一次碰撞,求x满足的条件
(3)x在满足(2)条件下,讨论A与台阶碰撞前瞬间的速度
正确答案
解:(1)滑块B从释放到最低点,机械能守恒,有:……①
在最低点,由牛顿运动定律:……②
又:……③
联立①②③得:,
;
(2)设A与台阶碰撞前瞬间,A、B的速度分别为vA和vB,由动量守恒
……④
若A与台阶只碰撞一次,碰撞后必须满足:……⑤
对A应用动能定理:……⑥
联立④⑤⑥解得:……⑦
即A与台阶只能碰撞一次的条件是:
(3)设x=时,A左端到台阶板前瞬间,A、B恰好达到共同速度,由动量守恒
……⑧
对A应用动能定理:……⑨
联立⑧⑨得:……⑩
(i)当即
时,AB共速后A与挡板碰撞.
由⑧可得A与台阶碰撞前瞬间的速度:……⑩
(ii)当即
时,AB共速前A就与台阶碰撞,
对A应用动能定理:
A与台阶碰撞前瞬间的速度:
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