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題目:
一個質量為m的小球,從高度為h處自由下落,與地面發生碰撞,反彈高度為0.8h。求小球與地面碰撞過程中受到的平均沖擊力。
分析:
小球從高度為h處自由下落,在重力作用下做自由落體運動,達到地面時的速度為v1。小球與地面碰撞后反彈,在反彈過程中受到向上的彈力作用,速度逐漸減小,最終停在地面。
已知重力加速度為g。
解:
根據自由落體運動規律,可得到小球達到地面時的速度v1:
v1 = sqrt(2gh)
小球反彈后速度減小到0,根據動量定理,設地面給予小球的平均沖擊力為F,則有:
Ft = m(v2 - v1)
其中,t為時間,v2為反彈后的速度。由于已知反彈高度為0.8h,可得到反彈后的速度v2:
v2 = v1 - gt0.8
將上述兩式代入動量定理中,得到:
Ft = m(v1 - sqrt(2gh) - v1 + sqrt(g(0.8h)))
化簡后得到:
F = m(sqrt(g(0.8h)) / t)
由于碰撞時間極短,可以近似認為t為無窮小量,因此上式可簡化為:
F = mg0.8 / t
其中,m為小球質量,g為重力加速度。因此,小球與地面碰撞過程中受到的平均沖擊力為mg0.8。
答案:
小球與地面碰撞過程中受到的平均沖擊力為mg0.8。