题目内容

如图所示,光滑水平面左端的固定装置P能根据需要发射和接收质量、速度为的小球;右边用一长为的不可伸长细线系一质量的小球B,绳另一端固定于悬点,起初绳拉直,小球B静止于地面上且对地面的压力恰为零。某时刻让P发射一小球与静止的小球B发生碰撞,假定以后每当小球B经最低点且向右运动时就有一发射小球与小球B碰撞,导致小球B摆动的最大高度逐渐增加,设每次碰撞均没有机械能损失,。求:

⑴第一次碰撞后,小球B上升的最大高度h;
⑵装置P要发射多少个小球,才能使小球B上升到与悬点等高处。
解:(1)当与静止的B的发生碰撞后,设的速度为,B的速度为,由动量守恒和机械能守恒有
                    ① 
              ②
解得:            ③
B向上摆动过程中,由机械能守恒有,
                       ④
解得:                      ⑤
(2)当B再摆到最低点向右运动时,P发射的小球第二次与其碰撞,设碰后的速度为,B的速度为,由动量守恒和机械能守恒有
                ⑥
        ⑦
解得:
当P发射的小球第三次与其碰撞,设碰后B的速度为,同理有,
 
当P发射的小球第n次与其碰撞,设碰后B的速度为,同理有,
    ⑧
若让小球B上升到与悬点等高处,则
                      ⑨
将代入,即: 
解得:                       ⑩
略
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