题目
弹球铅垂落地并弹回,设落地和弹回瞬时的速度大小相等,则地面反力冲量的大小I=______。A. I=0B. I=mvC. I=2mvD. 因碰地时间未知,故无法计算
弹球铅垂落地并弹回,设落地和弹回瞬时的速度大小相等,则地面反力冲量的大小I=______。
A. I=0
B. I=mv
C. I=2mv
D. 因碰地时间未知,故无法计算
题目解答
答案
C. I=2mv
解析
本题考查知识点为动量定理,解题思路是通过分析弹球落地和弹回过程中速度的变化,利用动量定理来计算地面反力的冲量。
设弹球落地瞬间的速度大小为$v$,方向竖直向下,规定竖直向上为正方向。
- 首先明确动量定理的表达式:
动量定理的内容是合外力的冲量等于物体动量的变化量,其数学表达式为$I_{合}=\Delta p = p_{末}-p_{初}$,其中$I_{合}$是合外力的冲量,$\Delta p$是动量的变化量,$p_{末}$是末动量,$p_{初}$是初动量。 - 然后确定弹球落地和弹回瞬间的动量:
- 弹球落地瞬间的速度$v_{1}=-v$(负号表示方向竖直向下),根据动量的定义$p = mv$(其中$m$是物体的质量,$v$是物体的速度),可得此时弹球的动量$p_{1}=mv_{1}=-mv$。
- 弹球弹回瞬间的速度$v_{2}=v$(方向竖直向上),则此时弹球的动量$p_{2}=mv_{2}=mv$。
- 接着计算弹球动量的变化量:
根据动量变化量的定义$\Delta p = p_{末}-p_{初}$,这里$p_{末}=p_{2}$,$p_{初}=p_{1}$,所以$\Delta p = p_{2}-p_{1}=mv - (-mv)=2mv$。 - 最后分析地面反力的冲量:
在弹球与地面碰撞的过程中,弹球受到重力和地面的反力,由于碰撞时间极短,重力的冲量$I_{G}=mg\Delta t$(其中$g$是重力加速度,$\Delta t$是碰撞时间)相对于地面反力的冲量$I_{N}$可以忽略不计,即合外力的冲量近似等于地面反力的冲量$I_{N}$。
由动量定理$I_{合}=\Delta p$,可得$I_{N}=\Delta p = 2mv$,即地面反力冲量的大小$I = 2mv$。