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例6 对于两物体碰撞前后速度在同一直线上,且无机械能损失的碰撞过程,可以简化为如下模型:A、B两物体位于光滑水平面上,仅限于沿同一直线运动。当它们之间的距离大于等于某一定值d时,相互作用力为零,当它们之间的距离小于d时,存在大小恒为F的斥力。设A物体质量m1=l.0kg,开始时静止在直线上某点;B物体质量m2=3.0 kg,以速度从远处沿直线向A运动,如图所示。若d=0.10 m,F=0.60 N,=0.20m/s,求:
(1)相互作用过程中A、B加速度的大小;
(2)从开始相互作用到A、B间的距离最小时,系统(物体组)动能的减少量;
(3) A、B间的最小距离。
解析:(1)由牛顿运动定律可知,相互作用过程中A、B加速度的大小分别为,;
(2)A、B间距离最小时,两者速度相同,全过程满足由动量守恒的条件,故有,所以
系统(物体组)动能的减少量为;
(3)根据匀变速直线运动规律得,,而距离最小时有v1=v2 ,由匀变速直线运动规律可得两物体位移分别为,,由几何关系可知,解以上各式得A、B间的最小距离。
点拨:理论联系实际,用物理知识综合解决所遇问题是高考的一种追求。在处理有关问题时,为了方便需要忽略问题中的次要因素,突出主要因素,作恰当的简化,建立与所学知识间的联系,最终达到解决问题的目的。本题对实际问题的处理有较好的示范作用。
例7 如题右图,半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球A、B质量分别为m、βm(β为待定系数)。A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑,与静止于轨道最低点的B球相撞,碰撞后A、B球能达到的最大高度均为,碰撞中无机械能损失。重力加速度为g。试求:
(1)待定系数β。
(2)第一次碰撞刚结束时小球A、B各自的速度和B球对轨道的压力。
(3)小球A、B在轨道最低处第二次碰撞刚结束时各自的速度,并讨论小球A、B在轨道最低处第n次碰撞刚结束时各自的速度。
解析:(1)由机械能守恒定律得 故;
(2)设A、B第一次碰撞后的速度大小分别为、,则,,故,向左;向右;
设轨道对B球的支持力为,B球对轨道的压力为,,由牛顿第三定律知,方向竖直向下。
(3) 由机械能守恒定律知,第一次碰撞前A的速度为。
设A、B球第二次碰撞刚结束时的速度分别为、,则解得, (另一组解:,不合题意,舍去)。
由此可得:当n为奇数时,小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其第一次碰撞刚结束时相同;当n为偶数时,小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其第二次碰撞刚结束时相同。
点拨:对物理问题进行逻辑推理得出正确结论和作出正确判断,并把推导过程正确地表达出来,体现了对推理能力的考查,希望考生注意这方面的训练。
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