题目内容

用如图所示装置来验证动量守恒定律,质量为mB的钢球B放在小支柱N上,球心离地面高度为H;质量为mA的钢球A用细线拴好悬挂于O点,当细线被拉直时O点到球心的距离为L,且细线与竖直线之间夹角α;球A由静止释放,摆到最低点时恰与球B发生正碰,碰撞后,A球把轻质指示针C推移到与竖直夹角为β处,B球落到地面上,地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D,用来记录球B的落点.
(1)为了保证球A把球B弹出后能继续向前摆动,应该满足的关系是mA
大于
大于
mB
(2)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后两球A、B的动量(设两球A、B碰前的动量分别为PA、PB;碰后动量分别为
P
′
A
、
P
′
B
),则PA=
mA
2gl(1-cosα)
mA
2gl(1-cosα)
;
P
′
A
=
mA
2gl(1-cosβ)
mA
2gl(1-cosβ)
;PB=
0
0
;
P
′
B
=
mBS
g
2H
mBS
g
2H
.
分析:(1)根据动量守恒和能量守恒求出碰后A球的速度,从而判断出A球继续向前摆动,两球的质量关系.
(2)根据机械能守恒和平抛运动的规律求出碰前和碰后小球的速度,从而得出动量的大小.
解答:解:(1)在小球碰撞过程中水平方向动量守恒定律故有mAv0=mAv1+mBv2
在碰撞过程中动能守恒故有
1
2
mAv02=
1
2
mAv12+
1
2
mBv22
.
解得v1=
mA-mB
mA+mB
v0
.
要碰后入射小球的速度v1>0,即mA-mB>0,mA>mB.
(2)根据机械能守恒定律得,mAgL(1-cosα)=
1
2
mAv02
,解得v0=
2gL(1-cosα)
,所以PA=mA
2gl(1-cosα)
.
根据机械能守恒定律得,mAgL(1-cosβ)═
1
2
mAv12
,解得v1=
2gL(1-cosβ)
,所以PA′=mA
2gl(1-cosβ)
.
B球碰撞前静止,所以PB=0.
根据H=
1
2
gt2
得,t=
2H
g
,则vB=
S
t
=S
g
2H
.
所以PB′=mBS
g
2H
.
故答案为:(1)大于 (2)mA
2gl(1-cosα)
,mA
2gl(1-cosβ)
,0  mBS
g
2H
点评:本题考查了动量守恒定律和机械能守恒定律的综合运用,知道A球与B碰后,A球继续向前运动,A、B两球的质量关系.
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