AstroReality(星球模型)是一款非常流行的儿童玩具,如图甲所示,它是由一组大小、质量各不相同的硬质弹性小球组成,采用3D打印技术真实还原不同星球的美妙纹理,弹性极强,深受小朋友们的喜爱。
某兴趣小组的同学利用它们进行了若干次碰撞实验。所有碰撞都可认为是弹性碰撞,重力加速度大小为g,忽略空气阻力影响,小球均可视为质点。试讨论以下问题:
(1)第一次实验他们将一个质量为m1的小球1从距离地面高度h处由静止释放,如图乙所示。通过查阅资料他们估计出了球与地面的作用时间,用Δt表示。求球落地时的速度大小,以及碰撞过程中地面给球的平均作用力大小。
(2)第二次实验他们将质量为m1的1球和质量为m2的2球分别从距离地面h高处和5h高处由静止释放,两球的质量关系为m1=km2,如图丙所示。两球碰撞以后2球被反弹,从碰撞点算上升的最大高度为h,求k的值。
(3)第三次实验他们将(2)中的2球放在1球的顶上,让这两个球一起从距离地面高h处自由下落并撞击地面,如图丁所示。他们惊奇的发现球2反弹的高度超过了释放时的高度,试求此种情况下小球2被反弹的高度。他们猜想若2球质量越小被反弹的高度越高,试从理论角度分析若m1>>m2时2球能达到的最大高度。
(4)受(3)的启示,他们设想了一个超球实验:将三个球紧贴从距离地面h高处由静止释放,由下至上三球的质量分别为m1、m2和m3,且满足m1>>m2>>m3,如图戊所示。他们设想3球可以被反弹到很高的高度,试估算此高度。

【答案】(1)球落地时的速度大小为,以及碰撞过程中地面给球的平均作用力大小为;
(2)k的值为3;
(3)此种情况下小球2被反弹的高度为4h,若m1>>m2,则此种情况下小球2被反弹的高度为9h;
(4)此高度为49h。
2
gh
2
m
1
2
gh
Δ
t
+
m
1
g
(2)k的值为3;
(3)此种情况下小球2被反弹的高度为4h,若m1>>m2,则此种情况下小球2被反弹的高度为9h;
(4)此高度为49h。
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:119引用:1难度:0.3
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1.一个质量为m=1kg的小球从h=5m的高处自由下落到沙坑中,小球由静止下落到陷至沙坑最低点经历的时间t=1.1s,取g=10m/s2,则沙子对小球平均作用力的大小为( )
发布:2024/10/16 2:0:2组卷:61引用:1难度:0.5 -
2.构建物理模型是一种研究物理问题的科学思维方法。每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围,要根据实际情况加以运用。
(1)如图所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动。滑块A的质量为M,速度大小为v1,方向水平向右;滑块B的质量为m,速度大小为v2,方向水平向左。滑块A、B相碰后粘在一起向右运动。已知滑块A、B碰撞过程中的相互作用时间t。求:
a.碰后滑块A、B的共同速度v共的大小
b.碰撞过程中A、B之间的平均作用力的大小F1
(2)鸟撞飞机是威胁航空安全的重要因素之一。假设飞机和鸟沿水平方向迎面相撞,碰后粘在一起。已知飞机的质量约为M′=5×104kg,飞机的速度约v2′=500m/s。若鸟可视为圆柱体,质量约为m′=0.5kg,身长约为l=0.25m。
a.请建立合理的运动模型,估算鸟与飞机的撞击时间Δt;
b.请估算撞击过程中鸟与飞机之间的平均作用力的大小。F2发布:2024/11/3 8:0:2组卷:65引用:1难度:0.4 -
3.反冲运动在现实生活中有广泛应用。
(1)喷气式飞机和火箭的飞行应用了 的原理,它们靠 的反冲作用而获得巨大的速度。
(2)下列属于反冲现象的是 。
①园林的喷灌装置能够一边喷水一边旋转
②用枪射击时,子弹向前飞,枪身后退
③用力向后蹬地,人向前运动
④章鱼向某个方向喷出水,身体向相反的方向运动
A.①②③
B.①②④
C.②③④
D.①③④
(3)关于系统动量守恒的说法正确的是 。
①只要系统所受外力的矢量和为零,系统动量就守恒
②只要系统内有摩擦力,动量就不可能守恒
③系统所受合外力不为零,其动量一定不守恒,但有可能在某一方向上守恒
④系统如果合外力的冲量远小于内力的冲量时,系统可近似认为动量守恒
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
(4)一火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1000m/s,设火箭质量M=300kg,发动机每秒喷气20次。
①当第三次气体喷出后,火箭的速度多大?
②运动第1s末,火箭的速度多大?
(5)“世界上第一个想利用火箭飞行的人”是明朝的士大夫万户。如图所示,他把47个自制的火箭绑在椅子上,自己坐在椅子上,双手举着大风筝,设想利用火箭的推力,飞上天空,然后利用风筝平衡着陆。假设万户及所携设备[火箭(含燃料)椅子、风筝等]总质量为M,点燃火箭后在极短的时间t内,质量为m的炽热燃气以相对地面v0的速度竖直向下喷出。忽略此过程中空气阻力的影响,重力加速度为g,
①极短时间t内喷出的气体对火箭的平均作用力多大;(作用力远大于喷出气体的重力)
②在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大小为多少;
③喷出燃气后万户及所携设备能上升的最大高度为多少;
④试说明在火箭喷气过程中,万户及所携设备机械能是否守恒。发布:2024/10/25 17:0:1组卷:80引用:3难度:0.6