题目内容

       雨滴在穿过云层的过程中,不断与漂浮在云层中的小水珠相遇并结合为一体,其质量逐渐增大。现将上述过程简化为沿竖直方向的一系列碰撞。已知雨滴的初始质量为m0,初速度为v0,下降距离l后与静止的小水珠碰撞且合并,质量变为m1。此后每经过同样的距离l后,雨滴均与静止的小水珠碰撞且合并,质量依次变为m2、m3……mn……(设各质量为已知量)。不计空气阻力。

       (1)若不计重力,求第n次碰撞后雨滴的速度vn′;

       (2)若考虑重力的影响,

              a.求第1次碰撞前、后雨滴的速度v1和v1′;

              b.求第n次碰撞后雨滴的动能 vn′2;

(20分)

(1)                   

(2)若考虑重力的影响,雨滴下降过程中做加速度为g的匀加速运动,碰撞瞬间动量守恒

a.                                

b.   


解析:

(20分)

本题考查多个过程中应用动量守恒定律、应用数学归纳法分析解决问题。

(1)不计重力,全过程中动量守恒,

得                         

(2)若考虑重力的影响,雨滴下降过程中做加速度为g的匀加速运动,碰撞瞬间动量守恒

a.第一次碰撞前            

第一次碰撞后            

                                ①

b.第2次碰撞前        

利用①式化简得               ②

第2次碰撞后,利用②式得

                        

同理,第3次碰撞后     

                          ·················

第n次碰撞后          

动能                   

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