多次碰撞 -2026年高考物理压轴题解读与针对性训练
2026-06-21
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摘要:
该高中物理高考复习学案聚焦“多次碰撞”核心专题,系统整合弹性碰撞、动量守恒、能量守恒等考点,依据高考命题规律构建“真题解读—模型提炼—分层训练”的知识网络,通过高考题分阶设问(如碰撞后速度分析、多次碰撞规律推导)引导学生自主梳理碰撞过程中的运动与相互作用关系,体现考点梳理的系统性和层次性。
亮点在于以科学思维培养为核心的自主学习设计,如高考题解读环节通过(i)(ii)(iii)小题逐步引导模型建构与科学推理,针对性训练题覆盖传送带、滑块、圆弧轨道等多元情景,助力学生自主诊断碰撞问题中的临界条件分析能力。每个训练题配有关键步骤提示,帮助学生建立个性化解题策略,教师可通过学生训练反馈精准定位薄弱环节,实现因材施教,有效提升备考实效。
内容正文:
2026高考物理压轴题解读与针对性训练
1. 多次碰撞
【高考题解读】
2026高考云南卷第15题.(16分)某同学设计的弹球游戏装置示意图如图所示,装置由一段倾斜直管道和N个相同的不对称“倒V”形管道平滑连接而成,管道透明且光滑,固定在竖直平面内。入口端与第一个“倒V”形管道左端高度差为,每个“倒V”形管道最高点与其左、右两端的高度差分别为和,每个“倒V”形管道的左端均静置1个质量为m的弹球,自上而下依次编号为1,2,3,…,N。开始游戏时,在入口端由静止释放一质量为的弹球P。所有弹球的直径均略小于管道内径,不计管道内径、弹球大小及滚动、弹球与管道相互作用的能量损失和空气阻力,所有弹球之间的碰撞均视为对心弹性碰撞,重力加速度为g。
(1)求弹球P与1号弹球第一次碰撞后瞬间,弹球P和1号弹球各自的速度大小;
(2)已知:每个弹球在被上方弹球碰撞后,与下方弹球碰撞前不会被上方弹球再次碰撞,且所有弹球(包括P)都能到达出口。
(i)求1号弹球与2号弹球第一次碰撞后瞬间,1、2号弹球各自的速度大小;
(ii)求弹球P与1号弹球第次碰撞后瞬间的速度大小;
(iii)若N足够大,且,求与之间应满足的关系。
【针对性训练】
1.(2026郑州一模)如图,质量为=1kg的长方体箱子在水平拉力作用下沿光滑水平面向右匀加速运动。这时箱内一个质量为=2kg的物块(可视为质点)恰能静止在后壁上。已知箱子初速度为零,经t=0.1s撤去拉力,物块沿后壁落到箱底且不反弹。此后箱子与右侧墙壁发生多次碰撞,每次碰撞之后,箱子速度反向,且大小变为碰前的一半;整个过程,物块未与箱壁发生碰撞。已知物块与箱壁、箱底间的动摩擦因数均为μ=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)箱子第一次与墙壁碰撞前瞬间速度的大小;
(2)从箱子与墙壁第一次碰撞前瞬间到第二次碰撞前瞬间,箱子和物块组成的系统损失的机械能;
(3)箱子长度的最小值。
2.(2026贵州六盘水高二期中)如图,半径为R的圆环水平放置并固定,圆环内有质量为mA和mB的小球A和B。初始时小球A以初速度v0沿圆环切线方向运动,与静止的小球B发生碰撞。不计小球与圆环之间的摩擦,两小球始终在圆环内运动。
(1)若小球A与B碰撞后结合在一起,求碰撞前小球A、碰撞后小球组合体做圆周运动所需向心力的大小之比;
(2)若小球A与B之间为弹性碰撞,且前2次的碰撞位置刚好位于圆环直径的两个端点,求小球的质量比;
(3)若小球A与B之间为非弹性碰撞,两球每次碰撞后的相对速度大小为碰撞前的相对速度大小的,求第2025次碰撞到第2027次碰撞之间小球B通过的路程。
3.(2026山西晋中质检)如图所示,一足够长的平直木板放置在水平地面上,木板上有5n(n是大于1的正整数)个质量均为m的相同小滑块,从左向右依次编号为1、2、…、5n,木板的质量为nm。相邻滑块间的距离均为L,木板与地面之间的动摩擦因数为μ,滑块与木板间的动摩擦因数为2μ。初始时木板和所有滑块均处于静止状态。现给第1个滑块一个水平向右的初速度,大小为(β为足够大常数,g为重力加速度大小)。滑块间的每次碰撞时间极短,碰后滑块均会粘在一起继续运动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:
(1)第1个滑块与第2个滑块碰撞后的瞬间,木板的加速度;
(2)第3个滑块开始滑动时的速度大小;
(3)若木板开始滑动后,滑块间恰好不再相碰,求β的值。
(参考公式:)
4. 如图,质量为的物块A用细线与墙拴连使轻弹簧处于压缩状态;圆心角为53°、半径的光滑圆弧轨道固定在光滑水平轨道上;一表面与圆弧右端相切质量的长木板B与圆弧轨道接触不粘连,在B右侧放着多个质量均为的滑块(视为质点)。开始时B和滑块均静止,现将拴连物块A的细线烧断,A被弹簧弹开,物块A与弹簧分离后从平台飞出,竖直方向下落,恰好从圆弧轨道左端沿切线方向滑入,一段时间后滑上B。当A、B刚共速时,B恰好与滑块1发生第1次碰撞。一段时间后,A、B再次共速时,B恰好与滑块1发生第2次碰撞,此后A、B共速时,B总是恰好与滑块1发生碰撞;最终物块A恰好没从B上滑落,若A与B之间的动摩擦因数,重力加速度为,所有碰撞均为弹性碰撞,且每次碰撞时间极短。求:
(1)物块A刚滑上B时的速度大小;
(2)B与滑块1发生第1次碰撞后,物块1的速度;
(3)B全过程运动的总位移;
(4)长木板B的长度L。
5. 如图所示,水平传送带保持 v=5m/s的速度沿顺时针做匀速运动,传送带左端与光滑的水平轨道对接,轨道上设置了四个竖直方向等间距的阻挡条,现给质量m=0.1kg的物块向右的初动能. Ek0=6.4J小物块冲过阻挡条滑到传送带上的A点时速度大小v0=8m/s 。传送带右端与光滑水平轨道对接,水平面上间隔放有 n个静止相同的小球,每个小球的质量均为 m0=0.2kg。物块和传送带之间的动摩擦因数 μ=0.5,传送带AB之间的距离L=5m。所有的碰撞都是弹性正碰,假设每条阻挡条对物块做功都相同,取g=10m/s2。 求:
(1)物块冲过阻挡条到A 点的过程中,每条阻挡条对物块做的功:
(2) 物块第一次从左向右经过传送带的时间:
(3) 最终n个小球获得的总动能。
6.(16分)(2025湖南永州9月质检)如图所示,物块质量分别为,用轻绳相连并用劲度系数的轻质弹簧系住挂在天花板上静止不动。B正下方有一个半径为的四分之一光滑固定圆弧轨道,其顶点距离物块的高度。某时刻A、B间的绳子被剪断,然后A做周期的简谐运动,B下落并从a点平滑地进入光滑固定圆弧轨道。当A第二次到达平衡位置时,B恰好运动到圆弧末端与质量为的滑块相碰结合为滑块D。D平滑的滑上与圆弧末端等高的传送带,传送带的水平长度为、以的速度顺时针转动,D与传送带间的动摩擦因数。传送带右端有一等高的固定水平平台,平台上表面光滑,平台上静置着2024个相距较近的质量为的小球,D能够平滑地滑上平台,且D与小球、小球与小球之间的碰撞均为弹性正碰(A、B、D、小球均可以看作质点,重力加速度,忽略空气阻力)。求:
(1)物块A做简谐运动的振幅;
(2)光滑固定圆轨道对物块B的冲量大小;
(3)整个运动过程中D与传送带之间因摩擦产生的热量。
7 如图所示,水平传送带保持v=5m/s的速度沿顺时针做匀速运动,左端与粗糙的弧形轨道平滑对接,右端与光滑水平凹槽面平滑对接,水平凹槽上间隔放有n个静止相同的小球,每个小球的质量均为m0=0.2kg。质量m=0.1kg的物块从轨道上高h=4.0m的P点由静止开始下滑,滑到传送带上的a点时速度大小v0=8m/s。物块和传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,传送带ab之间的距离L=4.9m。所有的碰撞都是弹性正碰,取g=10m/s2。求:
(1)物块从P点下滑到a点的过程中,摩擦力对物块做的功:
(2)物块从释放到与小球第一次碰撞过程中,受到传送带的作用力冲量大小;
(3)最终n个小球获得的总动能。
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2026高考物理压轴题解读与针对性训练
1. 多次碰撞
【高考题解读】
2026高考云南卷第15题.(16分)某同学设计的弹球游戏装置示意图如图所示,装置由一段倾斜直管道和N个相同的不对称“倒V”形管道平滑连接而成,管道透明且光滑,固定在竖直平面内。入口端与第一个“倒V”形管道左端高度差为,每个“倒V”形管道最高点与其左、右两端的高度差分别为和,每个“倒V”形管道的左端均静置1个质量为m的弹球,自上而下依次编号为1,2,3,…,N。开始游戏时,在入口端由静止释放一质量为的弹球P。所有弹球的直径均略小于管道内径,不计管道内径、弹球大小及滚动、弹球与管道相互作用的能量损失和空气阻力,所有弹球之间的碰撞均视为对心弹性碰撞,重力加速度为g。
(1)求弹球P与1号弹球第一次碰撞后瞬间,弹球P和1号弹球各自的速度大小;
(2)已知:每个弹球在被上方弹球碰撞后,与下方弹球碰撞前不会被上方弹球再次碰撞,且所有弹球(包括P)都能到达出口。
(i)求1号弹球与2号弹球第一次碰撞后瞬间,1、2号弹球各自的速度大小;
(ii)求弹球P与1号弹球第次碰撞后瞬间的速度大小;
(iii)若N足够大,且,求与之间应满足的关系。
【考查知识点】
1. 物理考点: 机械能守恒定律,碰撞和动量守恒定律等
2. 数学:数列、函数等
解析 (1)P球到达第1个平台时,由机械能守恒定律,Mg=M
解得 =
弹球P与1号弹球第一次碰撞,由动量守恒定律和机械能守恒定律,=+
M=M+
联立解得 ==,==
(2)(i)1球到达第2个平台时,由动能定理,mg(-)= (-)
解得 =
1球与2球碰撞,由动量守恒定律和机械能守恒定律,=+
=+
联立解得 =0,=,可知两球交换速度。
(ii)设P球到达第k个平台时的速度为,与第k个平台处1球碰撞后的速度为,则P球从第k-1个平台发生第k-1次碰撞后到运动到第k个平台碰撞前,由动能定理,Mg(-)= (-)
弹球P在第k个平台与1号弹球碰撞,由动量守恒定律和机械能守恒定律,由之前计算结果规律,可知
=
联立解得 -=2g(-)
由数学知识可知 -g(-)是等比数列,公比为q=
所以有 -g(-)=,
解得 =
(iii)经分析,只需考虑P球,每次都要越过最高点,对于任意k(k≤N),
由能量关系,>Mg
即>2g
变形为 >2g
由可知>0
则是k的减函数,
故k→∞时,趋近于零。
+>2g,
化简为≥2g>2g
解得 ≤
【针对性训练】
1.(2026郑州一模)如图,质量为=1kg的长方体箱子在水平拉力作用下沿光滑水平面向右匀加速运动。这时箱内一个质量为=2kg的物块(可视为质点)恰能静止在后壁上。已知箱子初速度为零,经t=0.1s撤去拉力,物块沿后壁落到箱底且不反弹。此后箱子与右侧墙壁发生多次碰撞,每次碰撞之后,箱子速度反向,且大小变为碰前的一半;整个过程,物块未与箱壁发生碰撞。已知物块与箱壁、箱底间的动摩擦因数均为μ=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2,求:
(1)箱子第一次与墙壁碰撞前瞬间速度的大小;
(2)从箱子与墙壁第一次碰撞前瞬间到第二次碰撞前瞬间,箱子和物块组成的系统损失的机械能;
(3)箱子长度的最小值。
【解析】(1)物块(可视为质点)恰能静止在后壁上,
由平衡条件,μ=g,
=a,又 =at,
联立解得:=2m/s
(2) 设箱子与墙壁发生第二次碰撞前能与物块共速,速度为。
从箱子与墙壁第一次碰撞反弹后,到箱子与物块共速,由动量守恒定律
-=()
解得:==1m/s
由对称性可知,箱子与物块共速时,箱子与墙壁恰好发生第二次碰撞。
箱子和物块组成的系统损失机械能为:
=-
解得:=4.5J
(3) 从箱子与墙壁第一次碰撞反弹后,到箱子与物块共速,物块与箱子的相对位移为,则 μ=+- -
解得:=
从箱子与墙壁第二次碰撞反弹后,到箱子与物块共速,由动量守恒定律,
-=()
解得:==
此过程,设物块与箱子的相对位移为,
则 μ=+- -
解得:=·
以此类推,从箱子与墙壁第n次碰撞反弹后,到箱子与物块共速,此过程,设物块与箱子的相对位移为,=·
则箱子长度的最小值 = =·
解得:=0.4m
2.(2026贵州六盘水高二期中)如图,半径为R的圆环水平放置并固定,圆环内有质量为mA和mB的小球A和B。初始时小球A以初速度v0沿圆环切线方向运动,与静止的小球B发生碰撞。不计小球与圆环之间的摩擦,两小球始终在圆环内运动。
(1)若小球A与B碰撞后结合在一起,求碰撞前小球A、碰撞后小球组合体做圆周运动所需向心力的大小之比;
(2)若小球A与B之间为弹性碰撞,且前2次的碰撞位置刚好位于圆环直径的两个端点,求小球的质量比;
(3)若小球A与B之间为非弹性碰撞,两球每次碰撞后的相对速度大小为碰撞前的相对速度大小的,求第2025次碰撞到第2027次碰撞之间小球B通过的路程。
【答案】(1);(2)或;(3)
【解析】(1)碰撞前对小球A,向心力
碰撞后A、B共同速度为,由总动量守恒有
碰撞后对A、B,向心力
联立,解得
(2)设两球碰后速度分别为、,由总动量守恒、机械能守恒,分别有,
联立解得,
①当时,A、B碰撞后反向运动,依题意,有
解得
②当时,A、B碰撞后同向运动,可知A运动半圈,B运动一圈半,则有
解得
③当时,可知二者在原处第二次碰撞,不符合题意
综上,或
(3)设A、B第n次碰撞后的相对速度大小为,实际速度大小分别为、,依题意,有,
由碰撞总动量守恒,则任意一次碰撞都有
上式两边同乘一个极短时间,然后累加求和,有
其中、别为第n次碰撞后至第次碰撞前,A、B沿顺时针方向的路程,逆时针方向取负。依题意分析,以第1次碰撞后到第2次碰撞前,B比A快为假设前提,则可知第2025次碰撞后到第2026次碰撞前,B比A快,有,
解得
第2026次碰撞后到第2027次碰撞前,A比B快,有,
解得
则
联立解得
可见,结果与假设前提的取法无关。
3.(2026山西晋中质检)如图所示,一足够长的平直木板放置在水平地面上,木板上有5n(n是大于1的正整数)个质量均为m的相同小滑块,从左向右依次编号为1、2、…、5n,木板的质量为nm。相邻滑块间的距离均为L,木板与地面之间的动摩擦因数为μ,滑块与木板间的动摩擦因数为2μ。初始时木板和所有滑块均处于静止状态。现给第1个滑块一个水平向右的初速度,大小为(β为足够大常数,g为重力加速度大小)。滑块间的每次碰撞时间极短,碰后滑块均会粘在一起继续运动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求:
(1)第1个滑块与第2个滑块碰撞后的瞬间,木板的加速度;
(2)第3个滑块开始滑动时的速度大小;
(3)若木板开始滑动后,滑块间恰好不再相碰,求β的值。
(参考公式:)
答案.(1)0
(2)
(3)
【解析】(1)地面对木板的最大摩擦力为
滑块1和2相碰粘在一起,对木板的摩擦力为
因
所以木板保持不动,加速度a0=0
(2)由(1)知,滑块1滑动L的过程中木板静止。已知
滑块1有
1碰2过程
滑块1和2有
2碰3过程
联立上式解得,
整理得
(3)当第k个木块开始滑动时,木板恰好要滑动,此时有
解得(n为整数)
则第个(即)木块开始滑动时(被碰后),木板开始滑动,假设木板和剩下的木块不发生相对滑动,则
则
故假设成立,木板和剩下的木块不发生相对滑动。对前面个(即)木块,有
临界:前面个木块做匀减速,余下滑块和木板开始一起匀加速,当前面个木块和第个木块相遇时恰共速,即相对位移恰好为L,则
解得
根据
解得
由(2)问同理可得,在木板滑动前第4个、……第k个、第个滑块开始滑动时的速度依次为
……
整理变形得到
则对第2个滑块到第个滑块有
……
将从1到k+1相关方程累积求和可得
联立
可得
4. 如图,质量为的物块A用细线与墙拴连使轻弹簧处于压缩状态;圆心角为53°、半径的光滑圆弧轨道固定在光滑水平轨道上;一表面与圆弧右端相切质量的长木板B与圆弧轨道接触不粘连,在B右侧放着多个质量均为的滑块(视为质点)。开始时B和滑块均静止,现将拴连物块A的细线烧断,A被弹簧弹开,物块A与弹簧分离后从平台飞出,竖直方向下落,恰好从圆弧轨道左端沿切线方向滑入,一段时间后滑上B。当A、B刚共速时,B恰好与滑块1发生第1次碰撞。一段时间后,A、B再次共速时,B恰好与滑块1发生第2次碰撞,此后A、B共速时,B总是恰好与滑块1发生碰撞;最终物块A恰好没从B上滑落,若A与B之间的动摩擦因数,重力加速度为,所有碰撞均为弹性碰撞,且每次碰撞时间极短。求:
(1)物块A刚滑上B时的速度大小;
(2)B与滑块1发生第1次碰撞后,物块1的速度;
(3)B全过程运动的总位移;
(4)长木板B的长度L。
解析:.(16分)(1)物块A平抛运动竖直方向: (1分)
(1分)
物块A在固定轨道上的运动过程 (1分)
得: (1分)
(2)对A、B分析,A、B第一次共速
(1分)
长木板B与滑块1发生第一次弹性碰撞过程
(1分)
(1分)
解得
,,,滑块1的速度大小为 (1分)
(3)A、B第二次达到共速有
滑块1与滑块2碰撞后速度交换,滑块1碰后静止。B与滑块1第二次碰撞有
解得
,, (1分)
依次类推有
(),,() (1分)
A、B发生相对滑动的过程中,加速度大小分别为
, (1分)
B每次加速到共速时的位移
(1分)
全过程B发生的位移
(1分)
则B发生的总位移为3m
(4)物块A全过程匀减速运动
(2分)
B的长度: (1分)
5. 如图所示,水平传送带保持 v=5m/s的速度沿顺时针做匀速运动,传送带左端与光滑的水平轨道对接,轨道上设置了四个竖直方向等间距的阻挡条,现给质量m=0.1kg的物块向右的初动能. Ek0=6.4J小物块冲过阻挡条滑到传送带上的A点时速度大小v0=8m/s 。传送带右端与光滑水平轨道对接,水平面上间隔放有 n个静止相同的小球,每个小球的质量均为 m0=0.2kg。物块和传送带之间的动摩擦因数 μ=0.5,传送带AB之间的距离L=5m。所有的碰撞都是弹性正碰,假设每条阻挡条对物块做功都相同,取g=10m/s2。 求:
(1)物块冲过阻挡条到A 点的过程中,每条阻挡条对物块做的功:
(2) 物块第一次从左向右经过传送带的时间:
(3) 最终n个小球获得的总动能。
解析:(18分)
(1) 物块到A的过程, 由动能定理, 4Wf=- Ek0 2分
得每条阻挡条对物块做的功 Wf=-0.8J ………………2分
(2) 物块滑上传送带后,在摩擦力作用下做匀减速运动
μmg=ma1,…………………1分
a1=5 m/s2。
由v =v0-at1,解得减速至与传送带速度相等时所用的时间 t1=0.6s …1分
匀减速运动的位移 s1= t1=3.9m…1分
物块与传送带共速后向右匀速运动,匀速运动的时间t2==s=0.22s
从A运动到B的时间 t= t1+ t2=0.6s+0.22s=0.82s …………………1分
(3) 物块与小球1发生弹性正碰,取向右为正方向,设物块碰后的速度为 v₁,小球1被撞
后的速度大小为u₁,由动量守恒定律,有 mv=mv1+m0u1,
由动能守恒,有 mv2=mv12+m0u12, …1分
解得:v1=-v=m/s,u1=v=m/s,
相邻小球之间相互碰撞进行速度交换,小球1与小球2 碰后,小球1 的速度为0,而物块被反弹回来后,在传送带上向左运动的位移是 s==m<L
物体第一次返回还没到传送带左端速度就减小为零,接下来将再次向右做匀加速运动,直到速度增加到v₁,再跟小球1发生弹性正碰,第二次碰后物体和小球的速度大小分别为
v2=-v1=-()2v,u2=v1=()1v,
以此类推,物块与小球1经过n次碰撞后,
速度分别为 vn=-()nv,un=()n-1v,
相邻小球之间每次相互碰撞都进行速度交换,最终从1号小球开始,到n号小球,它们的速度大小依次为vn、vn-1、vn-2、···、v1 ,
n个小球的总动能为Ek==(1-)J
6.(16分)(2025湖南永州9月质检)如图所示,物块质量分别为,用轻绳相连并用劲度系数的轻质弹簧系住挂在天花板上静止不动。B正下方有一个半径为的四分之一光滑固定圆弧轨道,其顶点距离物块的高度。某时刻A、B间的绳子被剪断,然后A做周期的简谐运动,B下落并从a点平滑地进入光滑固定圆弧轨道。当A第二次到达平衡位置时,B恰好运动到圆弧末端与质量为的滑块相碰结合为滑块D。D平滑的滑上与圆弧末端等高的传送带,传送带的水平长度为、以的速度顺时针转动,D与传送带间的动摩擦因数。传送带右端有一等高的固定水平平台,平台上表面光滑,平台上静置着2024个相距较近的质量为的小球,D能够平滑地滑上平台,且D与小球、小球与小球之间的碰撞均为弹性正碰(A、B、D、小球均可以看作质点,重力加速度,忽略空气阻力)。求:
(1)物块A做简谐运动的振幅;
(2)光滑固定圆轨道对物块B的冲量大小;
(3)整个运动过程中D与传送带之间因摩擦产生的热量。
解析:.(16分)
(1)初始状态下,伸长量为
剪断后,A处于平衡位置时伸长量为
振幅
(2)物块B做自由落体运动的时间
B落入a的速度
根据动能定理
得B在圆弧末端的速度
B在圆弧上的运动时间
取向下为正方向,竖直方向
解得
水平方向
故冲量
(3)根据动量守恒
解得
分析D第一次滑过传送带有
得
物体D滑上平台后与第一个小球发生弹性正碰,撞前速度
规定向右为正方向,有
解得
之后小球依次与下一个小球发生弹性正碰,由于质量相等,速度交换,而物体返回进入传送带,假设匀减速到速度为0,则
不会向左滑出传送带,因此D在传送带上反向向右加速,以
再次滑上平台,与第一个小球发生弹性正碰,之后的运动具有可类比性,物体在与小球第一次碰后在传送带上运动过程中,运动时间
相对位移得
在此过程中产生的热量为
同理可知,当物体D与小球发生第k次碰撞,设碰前D的速度大小为,碰后D的速度大小为,则有
得
在传送带上产生热量
所以
7 如图所示,水平传送带保持v=5m/s的速度沿顺时针做匀速运动,左端与粗糙的弧形轨道平滑对接,右端与光滑水平凹槽面平滑对接,水平凹槽上间隔放有n个静止相同的小球,每个小球的质量均为m0=0.2kg。质量m=0.1kg的物块从轨道上高h=4.0m的P点由静止开始下滑,滑到传送带上的a点时速度大小v0=8m/s。物块和传送带之间的动摩擦因数μ=0.5,传送带ab之间的距离L=4.9m。所有的碰撞都是弹性正碰,取g=10m/s2。求:
(1)物块从P点下滑到a点的过程中,摩擦力对物块做的功:
(2)物块从释放到与小球第一次碰撞过程中,受到传送带的作用力冲量大小;
(3)最终n个小球获得的总动能。
解析 (1)物块从P点下滑到a点的过程中,由动能定理,有
mgh+=m
解得 =-0.8J
(2) 物块滑上传送带后,在摩擦力作用下做匀减速运动,由μmg=ma,
解得 a=5m/
物块减速至与传送带速度相等时所用的时间 ==0.6s
匀减速运动的位移 ==m
物块与传送带共速后向右匀速运动,匀速运动时间 ==0.2s
从a运动到b的时间 t=+=0.6s+0.2s=0.8s
取向右为正方向,水平方向由动量定理,传送带的摩擦力对物块的冲量大小 =m(-v)=0.3kg·m/s
传送带的支持力对物块的冲量大小为 =mgt=0.8N·s
方向竖直向上。
传送带对物块的冲量大小为 I==N·s
(3) 物块与小球1发生弹性碰撞,取向右为正方向,设物块碰撞后的速度为,小球1被碰撞后 速度大小为,由动量守恒定律,有
mv=m+
由碰撞前后系统动能相等,有 m=m+
解得 =v=m/s,=v=m/s
相邻小球之间相互碰撞进行速度交换,小球1与小球2碰撞后,小球1的速度为零,而物块被反弹回来后,在传送带上向左运动的位移是 s==m<L
物体第一次返回还没到传送带左端速度就减小为零,接下来将再次向右匀加速运动,直到速度增加到,再跟小球1发生弹性碰撞,第二次碰撞后物体和小球的速度大小分别为
=v,==v,
以此类推,物块与小球1经过n次碰撞后,速度分别为 =v,=v,
相邻小球之间每次相互碰撞都进行速度交换,最终从1号小球开始,到n号小球,它们的速度依次为、、、···、,n个小球的总动能为
=m(+++···+)=(1-)J
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