题目内容

【题目】一斜面体静止放在光滑水平地面上,斜面倾角。如图所示,一小球从静止自由下落到斜面上,下落高度为,碰撞点离地面高度。假定斜面是光滑的,小球与斜面间法向碰撞恢复系数,小球与斜面体的质量比。(g取)

(1)求碰撞后小球的反弹速度和斜面体获得的速度;

(2)求碰后小球最高位置相对原碰撞点的高度;

(3)判断小球落于斜面还是地面。

【答案】(1),(2)(3)小球落于斜面之上

【解析】

(1)依题意,小球m与斜面体碰前的速度。

设碰撞后小球的速度为,其沿斜面方向的速度为,垂直于斜面方向上的速度为,斜面体的速度为,如图乙所示。

由水平方向上的动量守恒,有

。

在沿料面方向上,有。

由恢复系数的定义,有。

引入,有。

由此可得。

其方向与斜面的夹角满足:

,即。

或者速度与水平方向的夹角为。

同时可得。

(2)设碰撞后小球最高位置相对原碰撞点的高度为,则

。

(3)以斜面为参考系,以碰撞点为原点建立坐标系(如图乙所示),则碰撞后有

,;

,。

则小球碰后的运动方程为

,。

当小球回到斜面上时,应有,进而有。

而斜面底端的坐标为。

显然,,小球落于斜面之上。

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