(2014•武汉模拟)如图所示,质量为M、半径为R的质量分布均匀的圆环静止在粗糙的水平桌面上,一质量为m(m>M)的光滑

(2014•武汉模拟)如图所示,质量为M、半径为R的质量分布均匀的圆环静止在粗糙的水平桌面上,一质量为m(m>M)的光滑小球以某一水平速度通过环上的小孔正对环心射入环内,与环发生第一次碰撞后到第二次碰撞前小球恰好不会从小孔中穿出.假设小球与环内壁的碰撞为弹性碰撞,只考虑圆环与桌面之间的摩擦,求圆环通过的总位移?
huaxueye229 1年前 已收到1个回答 举报

qiuhaoling 幼苗

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解题思路:碰撞过程动量守恒、机械能守恒,应用动量守恒定律与机械能守恒定律、运动学公式可以正确解题.

设小球的初速度为v0,第一次碰撞后,小球的速度为v1,圆环的速度为v2
圆环和小球组成的系统动量守恒,以球的初速度方向为正方向,由动量守恒定律:mv0=mv1+Mv2
由能量守恒定律得:[1/2]mv02=[1/2]mv12+[1/2]Mv22
多次碰撞后小球和环最终静止,设圆环受到的摩擦力为f,
通过的总位移为x.系统的动能全部转化为摩擦生热:fx=[1/2]mv02
第一次碰撞后经时间t,小球恰好未从小孔中穿出,即二者共速,均为v1
由运动学规律:
v1+v2
2t-v1t=2R,
对圆环,由动量定理:-ft=Mv1-Mv2
解得,圆环通过的总位移:x=[2m/M]R;
答:圆环通过的总位移为[2m/M]R.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;动能定理.

考点点评: 本题考查了求位移,分析清楚物体的运动过程、应用动量守恒定律、机械能守恒定律、运动学公式、动量定理即可正确解题;分析清楚物体运动过程即可正确解题.

1年前

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