题目内容
在纳米技术中为了移动或修补原子,必须使处于不停地做热运动(速度约几百米每秒)的原子几乎静止下来,且能在一个小的空间区域内停留一段时间,为此科学家发明了一种称为“激光制冷”的技术,若把原子和入射光子分别类比为一辆小车和一个小球,则“激光制冷”与下述的力学模型很类似;一辆质量为m的小车(一侧固定一轻弹簧)以速度v0水平向右运动,如图所示,一个动量大小为P,质量可忽略的小球水平向左射入小车并压缩弹簧至最短,接着被锁定一段时间ΔT,再解除锁定,使小球以大小相同的动量p水平向右弹出,紧接着不断重复上述从小球射入到射出的过程,最终小车将停下来,设地面和车厢均为光滑,除锁定时间ΔT外,不计小球在小车上运动和弹簧压缩、伸长的时间,求
(1)小球第一次入射后在弹出时,小车的速度的大小和这一过程中小车动能的减少量;
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间
答案:
解析:
解析:
(1)小球射入小车和从小车中弹出的过程中,小球和小车组成的系统动量守恒,由动量守恒定律可得:
mv0-P=![]()
=mv1+P
解得:v1=v0-
此过程中小车动能的减少量![]()
解得:![]()
(2)小球第二次入射和弹出的过程中,及以后重复进行的过程中,小球和小车所组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得:
mv1-P=
,
=mv2+P
解得:v2=v1-
=v0-2![]()
同理可推得vn=v0-n![]()
要使小车停下来,即vn=0,小球入射和弹出的次数为n=![]()
故小车从开始运动到停下来所经历的时间为t=n![]()
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