题目内容
(1)半圆形轨道的半径R;
(2)第二次实验中两小球的质量之比mA:mB;
(3)第三次实验中三个小球上升的最大高度之比h1:h2:h3.
分析:(1)根据单摆周期公式求出圆形轨道半径.
(2)由机械能守恒定律可以求出小球速度.
(3)由动量守恒定律与机械能守恒定律列方程解题.
(2)由机械能守恒定律可以求出小球速度.
(3)由动量守恒定律与机械能守恒定律列方程解题.
解答:解:(1)第一次实验中,小球的运动可以看做摆长为R的单摆,
由单摆周期公式得:T=2π
,则R=
;
(2)第二次实验中,球B从高为R处释放,设球B与球A碰撞前瞬间的速度大小为vB,
碰撞后瞬间它们速度的大小分别为vB′和vA.由题意知,球B与A碰后达到的高度均为
,
由机械能守恒定律得:
mBvB2=mBgR,
mBvB′2=mBg
mAvA′2=mAg
,
所以vB=
,vA=vB′=
,
由动量守恒定律得:mBvB=-mBvB′+mAvA,解得
=
,
(3)根据题意设球1、2、3的质量分别为5m、3m和2m.设球1与球2碰撞前后的速度分别为v1、v1′,球2与球3碰撞前后的速度分别为v2、v2′,球3与球2碰撞后的速度为v3.
球1与球2碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有:
5mv1=5mv1′+3mv2,
×5mv12=
×5mv1′2+
×3mv22,
解得:v1′=
v1,v2=
v1,
球2与球3碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有
3mv2=3mv2′+3mv3,
×3mv22=
×3mv2′2+
×2mv32,
解得:v2′=
v1,v3=
v1,
在三个小球的上升过程中,根据机械能守恒定律有
×5mv1′2=5mgh1,
×3mv2′2=3mgh2,
×2mv3′2=2mgh3,
解得:h1:h2:h1=1:1:36;
答:(1)半圆形轨道的半径R=
;
(2)第二次实验中两小球的质量之比mA:mB=3:1;
(3)第三次实验中三个小球上升的最大高度之比h1:h2:h3=1:1:36.
由单摆周期公式得:T=2π
|
| T2g |
| 4π2 |
(2)第二次实验中,球B从高为R处释放,设球B与球A碰撞前瞬间的速度大小为vB,
碰撞后瞬间它们速度的大小分别为vB′和vA.由题意知,球B与A碰后达到的高度均为
| R |
| 4 |
由机械能守恒定律得:
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| R |
| 4 |
| 1 |
| 2 |
| R |
| 4 |
所以vB=
| 2gR |
|
由动量守恒定律得:mBvB=-mBvB′+mAvA,解得
| mA |
| mB |
| 3 |
| 1 |
(3)根据题意设球1、2、3的质量分别为5m、3m和2m.设球1与球2碰撞前后的速度分别为v1、v1′,球2与球3碰撞前后的速度分别为v2、v2′,球3与球2碰撞后的速度为v3.
球1与球2碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有:
5mv1=5mv1′+3mv2,
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得:v1′=
| 1 |
| 4 |
| 5 |
| 4 |
球2与球3碰撞过程中动量守恒,且机械能守恒,则有
3mv2=3mv2′+3mv3,
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得:v2′=
| 1 |
| 4 |
| 3 |
| 2 |
在三个小球的上升过程中,根据机械能守恒定律有
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
解得:h1:h2:h1=1:1:36;
答:(1)半圆形轨道的半径R=
| T2g |
| 4π2 |
(2)第二次实验中两小球的质量之比mA:mB=3:1;
(3)第三次实验中三个小球上升的最大高度之比h1:h2:h3=1:1:36.
点评:应用单摆周期公式、机械能守恒定律、动量守恒定律是正确解题的关键,本题涉及的研究对象多、过程复杂,难度较大,是一道难题.
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