题目
如图所示,一质量为m的小球A与一质量为M的斜面体B发生完全弹性碰撞.o-|||-y-|||-0 B (1)若斜面体放置在光滑的水平面上,小球碰撞后竖直弹起,则碰撞后斜面体和小球的运动速度大小各为多少? (2)若斜面体固定在水平面上,则碰撞后小球运动的速度大小为多少?运动方向与水平方向的夹角为多少?
如图所示,一质量为m的小球A与一质量为M的斜面体B发生完全弹性碰撞.
(1)
若斜面体放置在光滑的水平面上,小球碰撞后竖直弹起,则碰撞后斜面体和小球的运动速度大小各为多少?
(2)
若斜面体固定在水平面上,则碰撞后小球运动的速度大小为多少?运动方向与水平方向的夹角为多少?
题目解答
答案
- (1)
vB=mMv;vA=√1−mMv
- (2)
vA=v;速度方向与水平方向的夹角为2θ
解析
步骤 1:动量守恒定律
在水平方向上,由于没有外力作用,系统动量守恒。设碰撞后斜面体的速度为vB,小球的速度为vA。根据动量守恒定律,有mv = MvB + mvAcosθ。
步骤 2:能量守恒定律
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后系统的动能守恒。根据能量守恒定律,有1/2mv^2 = 1/2MvB^2 + 1/2mvA^2。
步骤 3:解方程组
联立动量守恒和能量守恒方程,解得vB = mv/(M+m)和vA = √(1 - m/M)v。
【答案】
vB = mv/(M+m);vA = √(1 - m/M)v
(2)
【解析】
步骤 1:动量守恒定律
在水平方向上,由于斜面体固定,小球碰撞后水平方向的动量守恒。设碰撞后小球的速度为vA,根据动量守恒定律,有mv = mvAcosθ。
步骤 2:能量守恒定律
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后系统的动能守恒。根据能量守恒定律,有1/2mv^2 = 1/2mvA^2。
步骤 3:解方程组
联立动量守恒和能量守恒方程,解得vA = v和θ = 2θ。
在水平方向上,由于没有外力作用,系统动量守恒。设碰撞后斜面体的速度为vB,小球的速度为vA。根据动量守恒定律,有mv = MvB + mvAcosθ。
步骤 2:能量守恒定律
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后系统的动能守恒。根据能量守恒定律,有1/2mv^2 = 1/2MvB^2 + 1/2mvA^2。
步骤 3:解方程组
联立动量守恒和能量守恒方程,解得vB = mv/(M+m)和vA = √(1 - m/M)v。
【答案】
vB = mv/(M+m);vA = √(1 - m/M)v
(2)
【解析】
步骤 1:动量守恒定律
在水平方向上,由于斜面体固定,小球碰撞后水平方向的动量守恒。设碰撞后小球的速度为vA,根据动量守恒定律,有mv = mvAcosθ。
步骤 2:能量守恒定律
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后系统的动能守恒。根据能量守恒定律,有1/2mv^2 = 1/2mvA^2。
步骤 3:解方程组
联立动量守恒和能量守恒方程,解得vA = v和θ = 2θ。