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題目:
【題目描述】
一個質量為m的小球,從高度為h處自由下落,與地面發生彈性碰撞,碰撞時間為t。求小球碰撞后的速度。
【物理知識涉及】
1. 自由落體運動;
2. 彈性碰撞;
3. 動量守恒和能量守恒。
【解題思路】
1. 小球自由下落,做初速度為0的自由落體運動,求出小球落地時的速度;
2. 小球與地面碰撞為彈性碰撞,利用動量守恒和能量守恒求解碰撞后的速度。
【答案】
設小球落地時的速度為v1,碰撞后的速度為v2,取豎直向下為正方向。
1. 小球自由下落,根據自由落體運動規律:
v1 = sqrt(2gh) (1)
2. 小球與地面碰撞為彈性碰撞,動量守恒和能量守恒:
m v1 = m v2 + M v' (2)
E = 0.5 m v12 + 0.5 M v'2 (3)
其中M為地面的質量。
將(1)代入(2)(3)式,得到:
v2 = - sqrt(2 h/M) - v1 (4)
其中負號表示方向與v1相反。
【說明】本題是一道典型的物理模型題,通過自由落體運動和彈性碰撞的結合,考查了學生對于動量守恒和能量守恒的理解和應用。解題的關鍵在于正確選擇正方向,利用動量守恒和能量守恒求解。