题目内容
(1)金属盒能在地面上运动多远?
(2)金属盒从开始运动到最后静止所经历的时间多长?
分析:(1)根据动量定理求出金属盒获得的速度,金属盒所受摩擦力为F=μ(m1+m2)g=4N,金属盒与金属球之间的碰撞没有能量损失,且金属盒和金属球的最终速度都为0,以金属盒和金属球为研究对象,运用动能定理即可求解;
(2)球与盒发生碰撞的时间和能量损失均忽略不计,即发生了弹性碰撞,根据动量守恒和机械能守恒可求出碰后两者的速度,由于质量相等,每碰撞一次,两者就会交换速度,逐次分析碰撞间隙盒前进的位移,分析能发生几次碰撞,再根据动量定理求时间.
(2)球与盒发生碰撞的时间和能量损失均忽略不计,即发生了弹性碰撞,根据动量守恒和机械能守恒可求出碰后两者的速度,由于质量相等,每碰撞一次,两者就会交换速度,逐次分析碰撞间隙盒前进的位移,分析能发生几次碰撞,再根据动量定理求时间.
解答:解:(1)由于冲量作用,m1获得的速度为v=
=3m/s,
金属盒所受摩擦力为F=μ(m1+m2)g=4N,由于金属盒与金属球之间的碰撞没有能量损失,且金属盒和金属球的最终速度都为0,以金属盒和金属球为研究对象,由动能定理得:-Fs=0-
m1v2
解得:s=1.125m
(2)因r=0.1m,则当盒前进s1=1m时与球发生碰撞,设碰前盒的速度为v1,碰后速度为v1′,球碰后速度为v2,则对盒,应用动能定理:
-Fs1=
m1
-
m1v2,解得v1=1m/s
由于碰撞中动量守恒、机械能守恒,有:
m1v1=m1v1′+m2v2,
m1
=
m1
+
m2
联立以上方程得:v1′=0,v2=1m/s.
当球前进1m时与盒发生第二次碰撞,碰撞前球的速度为1m/s,盒子的速度为0,碰撞后球的速度为0,盒子的速度变为v2=1m/s,
以金属盒为研究对象,利用动能定理得:
-Fs2=0-
m1
,解得:s2=0.125m.
所以不会再与球碰,
则盒子运动时间可由动量定理给出:设盒子前进s1=1m所用时间为t1,前进s2=0.125m所用时间为t2,则:
-Ft1=m1v1-m1v,
-Ft2=0-m1v2,且v1=v2=1m/s
代入数据得:t1=0.5s,t2=0.25s
在盒两次运动之间还有一段时间t3为小球在运动,t3=s1/v2=1s
则金属盒从开始运动到最后静止所经历的时间t=t1+t2+t3=1.75s
答:
(1)金属盒能在地面上运动1.125m.
(2)金属盒从开始运动到最后静止所经历的时间是1.75s.
| I |
| m1 |
金属盒所受摩擦力为F=μ(m1+m2)g=4N,由于金属盒与金属球之间的碰撞没有能量损失,且金属盒和金属球的最终速度都为0,以金属盒和金属球为研究对象,由动能定理得:-Fs=0-
| 1 |
| 2 |
解得:s=1.125m
(2)因r=0.1m,则当盒前进s1=1m时与球发生碰撞,设碰前盒的速度为v1,碰后速度为v1′,球碰后速度为v2,则对盒,应用动能定理:
-Fs1=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 1 |
| 1 |
| 2 |
由于碰撞中动量守恒、机械能守恒,有:
m1v1=m1v1′+m2v2,
| 1 |
| 2 |
| v | 2 1 |
| 1 |
| 2 |
| v | ′2 1 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 2 |
联立以上方程得:v1′=0,v2=1m/s.
当球前进1m时与盒发生第二次碰撞,碰撞前球的速度为1m/s,盒子的速度为0,碰撞后球的速度为0,盒子的速度变为v2=1m/s,
以金属盒为研究对象,利用动能定理得:
-Fs2=0-
| 1 |
| 2 |
| v | 2 2 |
所以不会再与球碰,
则盒子运动时间可由动量定理给出:设盒子前进s1=1m所用时间为t1,前进s2=0.125m所用时间为t2,则:
-Ft1=m1v1-m1v,
-Ft2=0-m1v2,且v1=v2=1m/s
代入数据得:t1=0.5s,t2=0.25s
在盒两次运动之间还有一段时间t3为小球在运动,t3=s1/v2=1s
则金属盒从开始运动到最后静止所经历的时间t=t1+t2+t3=1.75s
答:
(1)金属盒能在地面上运动1.125m.
(2)金属盒从开始运动到最后静止所经历的时间是1.75s.
点评:解答本题要知道碰撞过程中动量、机械能守恒,且m1=m2,则碰撞时交换速度,且金属盒的初动能全部转化为内能,难度较大.
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