1、       探究物理过程,构建准确的物理模型。

例1.两块大小不同的圆形薄板(厚度不计),质量分别为M和m,(M=2m),半径分别为R和r,两板之间用一根长为L=0.4m的轻质绳相连结,开始时,两板水平叠放在支架C上方高h=0.2m处,如图示a示。以后,两板一起自由下落支架上有一个半径为R′(r<R′<R)的圆孔,两板中心与圆孔中心在同一直线上,大圆板碰到支架后跳起,机械能无损失。小圆板穿过圆孔,两板分离,试求当细绳绷紧的瞬间两板速度(如图示b)(取g=10m/s2)

 

点评:本题的整个过程可分为以下几个阶段:

⑴.两板自由下落。(此时两板作为一个整体可抽象为一个质点模型;其自由下落运动过程作为一个自由落体运动模型)

⑵.大圆板与支架相碰,且无能量损失,该瞬间的行为可作为一次“弹性碰撞”运动模型,而小圆板继续下落。

⑶.细绳绷紧瞬间,两板通过绳的相互作用获得共同速度,可作为一个“完全非弹性碰撞运动模型。

求解:

两板落至支架C时的速度:

大圆板与支架C碰后以速度为初速度竖直跳起,设至细绳绷紧前历时t1,绷紧前的速度为v1,上跳高度为(离支架的C的高度)为h1,则:

v1= v0-g t1   ……………………………………………………………………①

v12=v02-2gh1  ……………………………………………………………………②

小圆板穿过圆孔时的速度为v0,设落至细绳绷紧前历时t2,速度为v2,下落高度(离支架C的高度)为h2,则:

v2= v0+g t2 ……………………………………………………………………③

v22=v02-2gh2 ……………………………………………………………………④

据题意有:t1=t2,h1+h2=L=0.4m,故

由①③两式有:   v1+v2=2v0=4m/s  ……………………………………⑤

由②④两式有: v22-v12=2gL=2×10×0.4=8(m/s)2 ………………⑥

由⑤⑥两式可得绳绷紧前两板速度大小分别为:

v1=1m/s             v2=3m/s

     方向:v1   向上           v2向下

由于细绳绷紧时间极短,重力的冲量可忽略,故绷紧过程中系统动量守恒。设两板共同速度为u,取竖直方向为正,由动量守恒定律有:

mv2-Mv1=(m+M)v   得

即该瞬间两板获得向下的共同速度为

 0  135556  135564  135570  135574  135580  135582  135586  135592  135594  135600  135606  135610  135612  135616  135622  135624  135630  135634  135636  135640  135642  135646  135648  135650  135651  135652  135654  135655  135656  135658  135660  135664  135666  135670  135672  135676  135682  135684  135690  135694  135696  135700  135706  135712  135714  135720  135724  135726  135732  135736  135742  135750  447348 

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