题目内容
(2013·北京门头沟二模,24题)(20分)如图所示,质量均为大小相同的小球A、B(都可视为质点)静止在光滑水平面内的轴上,它们的位置坐标分别为和。现沿轴方向加一个力场,该力场只对小球A产生沿轴正方向大小为F的恒力,以后两小球发生正碰过程时间很短,不计它们碰撞过程的动能损失。
(1)小球A、B在第一次碰撞后的速度大小各是多少?
(2)如果该力场的空间范围是(),求满足下列条件的L值
①小球A、B刚好能够发生两次碰撞;
②小球A、B刚好能够发生次碰撞
【答案】见解析
【解析】(1)A第一次碰前速度设为
动能定理: (1分)
A与B碰撞,动量守恒,则 (1分)
根据题意,总能量不损失,则 (1分)
联立解得 (2分)
(2)①对质点A:
第一次碰前:
(1分)
第一次碰后到第二次碰前过程:
第二次碰前速度
(1分)
对质点B:
第一次碰后到第二次碰前过程:
(1分)
由于 (2分)
解得:,, (1分)
则要使质点A、B刚好能够发生两次碰撞, (1分)
②质点A、B第二次碰前速度分别为、,碰后速度分别设为和
动量守恒:
能量关系:
解得:,= (2分)
对质点A:
第二次碰后到第三次碰前:
对质点B:
第二次碰后到第三次碰前:
由于
解得:,, (2分)
综上,质点A、B每次碰撞过程总是要交换速度;每次碰撞间隔时间都为2;每次碰撞后的相同时间间隔内,质点A速度增加,质点B速度不变
可得:每次碰撞位置间隔:4、8、12… (2分)
则要使质点A、B刚好能够发生次碰撞:
() (2分)