题目内容
13.(1)小车碰撞后,小车的右端与墙之间的最大距离s1及小车的最小长度;
(2)小车和墙相碰后所通过的总路程.
分析 (1)小车与墙碰撞后,系统动量守恒,由动量守恒定律可求得速度,由运动学公式可求得小车距墙壁的最大距离;由功能关系可求得小车的长度;
(2)对系统由动量守恒定律可求得碰后速度的表达式,再由数学规律可求得的总路程.
解答 解:(1)小车与墙碰撞后,小车的速度向左,物体的速度向右;大小均为3m/s;设向右为正方向,M速度为零时,m的速度为v;
则由动量守恒定律可知:
mv0-Mv0=mv+0
解得:v=2m/s;
因m在M上做匀减速运动,加速度a1=-μg=-0.5×10=-5m/s2;
由v=v0+at可得:
t=$\frac{2-3}{-5}$=0.2s;
小车向左做减速运动,加速度a'=$\frac{μmg}{M}$=15m/s2;
M向左运动的位移x=$\frac{1}{2}a′{t}^{2}$=$\frac{1}{2}×15×0.04$=0.3m;此为小车距墙壁的最大距离;
小车向右继续运动,假设到达最右端时速度恰好相同,则由动量守恒定律可知:
mv0=(M+m)v1
解得:v1=1.5m;
由功能关系可知:
$\frac{1}{2}$mv02+$\frac{1}{2}$Mv02=$\frac{1}{2}$(M+m)v12+μmgL
解得:L=0.9m;
(2)设车与墙第n次碰后边率为vn,则第(n+1)次碰后速率为vn+1,对物块与车由动量守恒得:
mvn-Mvn=(m+M)vn+1
所以vn+1=$\frac{(m-M{)v}_{N}}{m+M}$=$\frac{1}{2}$vn.
车与墙第(n+1)次碰后最大位移
sn+1=$\frac{{v}_{N+1}^{2}}{2a}$=$\frac{1}{4}$Sn
可见车每次与墙碰后的最大位移是一个等比数列,其q=$\frac{1}{4}$,
所以车与墙碰后的总路程
SM=2(S1+S2+…+Sn+…)=2 S1•(1十$\frac{1}{4}$十…+$\frac{1}{{4}^{n-1}}$+…)=$\frac{{2S}_{1}}{1-q}$
车第一次与墙碰后最大位移 S1=$\frac{{v}_{1}^{2}}{2a}$=$\frac{{v}_{0}^{2}}{2a}$,
a=$\frac{μmg}{M}$=$\frac{0.5×30}{1}$=15m/s2
可算得 S1=0.3m
所以SM=1.2m
答:(1)小车碰撞后,小车的右端与墙之间的最大距离为0.3m;小车的最小长度为0.9m;
(2)小车和墙相碰后所通过的总路程为1.2m.
点评 本题考查动量守恒、功能关系及运动学规律的应用,要注意正确分析物理过程明确物理规律的应用;同时注意数学规律的正确应用.
| A. | 图示时刻质点b的加速度正在增大 | |
| B. | 从图示时刻开始,经过0.01s,质点b通过的路程为2m | |
| C. | 若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定干涉现象,则该波所遇到的波的频率为50Hz | |
| D. | 若该波发生明显的衍射现象,则该波所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多 |
| A. | $\frac{h}{cosθ}•ω$ | B. | $\frac{htanθ}{θ}•ω$ | C. | $\frac{h}{si{n}^{2}θ}•ω$ | D. | $\frac{h}{co{s}^{2}θ}$•ω |
| A. | C2=3C1,U2=U1 | B. | C2=3C1,E2=4E1 | C. | U2=U1,E2=3E1 | D. | U2=2U1,E2=2E1 |