如图所示,光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的小球a、b,球a以水平速度vo=1m/s向右匀速运动,球b处于静止状态.两球右侧有一竖直墙壁,假设两球之间、球与墙壁之间发生正碰

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的小球a、b,球a以水平速度vo=1m/s向右匀速运动,球b处于静止状态.两球右侧有一竖直墙壁,假设两球之间、球与墙壁之间发生正碰时均无机械能损失,为了使两球能发生、而且只能发生两次碰撞,试讨论两球的质量之比m1/m2应满足什么条件.
魔方格

◎ 答案

设球a和球b第一次碰撞后速度分别为v1和v2,取向右为正方向.
由系统动量守恒:m1v0=m1v1+m2v2…①
系统机械能守恒得:
1
2
m1v02=
1
2
m1v12+
1
2
m2v22…②
解得:v1=
m1-m2
m1+m2
v2=
2m1 
m1+m2
…③
讨论情况分别如下:
(1)、当m1>m2时,碰后a、b两球均向右运动,当球b与墙壁碰后以速度v2返回,并将与球a发生第二次碰撞,设碰后两球速度分别为v1′,v2′则有:
m1v1+m2(-v2)=m1v1′+m2v2
1
2
m1v12+
1
2
m2v22=
1
2
m1v12+
1
2
m2v22
解得:v1′=
(m1-m2)2-4m1m2
(m1+m2)2
…④
v2′=
4m1(m1-m2)
(m1+m2)2
…⑤
因为m1>m2,故第二次碰后球b向右运动将再次与墙相碰,并以v2′返回;若要球a和球b不发生第三次碰撞,则应满足 v1′<0  且v2′≤|v'1|
即 (m1-m22-4m1m2<0  且4m1(m1-m2)≤|(m1-m2)2-4
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