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 ![]()