题目内容
在光滑的水平面上沿直线按不同的间距依次排列着质量均为m的滑块,1、2、3、…(n-1)、n,滑块P的质量也为m.P从静止开始在大小为F的水平恒力作用下向右运动,经时间T与滑块1碰撞,碰撞后滑块便粘连在一起.以后每经过时间T就与下一滑块碰撞一次,每次碰撞后均粘连在一起,每次碰撞时间极短,每个物块都可简化为质点.求(1)第一次碰撞后瞬间的速度及第一次碰撞过程中产生的内能;
(2)发生第n次碰撞后瞬间的速度vn为多大;
(3)第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1.
【答案】分析:(1)根据动量定理求出第一次碰撞前P的速度.由于碰撞时间极短,碰撞过程动量守恒,得到第一次碰撞后瞬间的速度.碰撞过程中产生的内能等于系统动能的减小,根据能量守恒定律求出.
(2)根据动量定理研究从开始到发生第n次碰撞过程,求出发生第n次碰撞后瞬间的速度vn.
(3)根据动量定理求出第(n-1)次碰后的速度,对第n次碰撞前全过程应用动量定理求出第n次碰后的速度,再由动能定理求出第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1.
解答:解:(1)设第一次碰撞前瞬间P的速度为u1,根据动量定理得:FT=mu1
得撞前瞬间的速度u1=
因碰撞时间极短,第一次碰撞后瞬间的速度为V1,根据动量守恒得:mu1=2mV1
得碰后瞬间速度V1=
第一次碰撞过程中产生的内能:△E=
=
(2)因每次碰撞时间极短,对从开始到发生第n次碰撞后瞬间应用动量定理:
F?nT=(n+1)mVn
解得:Vn=
(3)同理可以求出第(n-1)次碰后的速度Vn-1=
对第n次碰撞前全过程应用动量定理
FnT=nmun
得到:un=
(与n无关)
对n-1到n之间应用动能定理:
FSn-1=
代入化简得:Sn-1=
答:
(1)第一次碰撞后瞬间的速度为度V1=
,第一次碰撞过程中产生的内能为
;
(2)发生第n次碰撞后瞬间的速度vn为
;
(3)第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1=
.
点评:本题涉及若干个物体的碰撞,寻找碰撞后速度的规律是关键,本题采用了数学归纳法进行研究.
(2)根据动量定理研究从开始到发生第n次碰撞过程,求出发生第n次碰撞后瞬间的速度vn.
(3)根据动量定理求出第(n-1)次碰后的速度,对第n次碰撞前全过程应用动量定理求出第n次碰后的速度,再由动能定理求出第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1.
解答:解:(1)设第一次碰撞前瞬间P的速度为u1,根据动量定理得:FT=mu1
得撞前瞬间的速度u1=
因碰撞时间极短,第一次碰撞后瞬间的速度为V1,根据动量守恒得:mu1=2mV1
得碰后瞬间速度V1=
第一次碰撞过程中产生的内能:△E=
(2)因每次碰撞时间极短,对从开始到发生第n次碰撞后瞬间应用动量定理:
F?nT=(n+1)mVn
解得:Vn=
(3)同理可以求出第(n-1)次碰后的速度Vn-1=
对第n次碰撞前全过程应用动量定理
FnT=nmun
得到:un=
对n-1到n之间应用动能定理:
FSn-1=
代入化简得:Sn-1=
答:
(1)第一次碰撞后瞬间的速度为度V1=
(2)发生第n次碰撞后瞬间的速度vn为
(3)第n-1个滑块与第n个滑块间的距离sn-1=
点评:本题涉及若干个物体的碰撞,寻找碰撞后速度的规律是关键,本题采用了数学归纳法进行研究.
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