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題目:
【高三物理】一質(zhì)量為m的小球從高度為H處自由下落,與地面發(fā)生彈性碰撞后反彈的高度為h,求碰撞過程中地面對小球的沖量大小。
【分析】
1. 小球自由下落,碰撞地面后反彈,整個過程中小球受到重力和地面的彈力作用。
2. 碰撞過程中地面的彈力沖量垂直地面,而重力的沖量垂直于小球的運動方向,因此碰撞過程中地面的沖量與重力的沖量大小相等,方向相反。
【解答】
根據(jù)動量定理,碰撞過程中地面對小球的沖量大小為:
I = (mg - F)t
其中,m為小球質(zhì)量,g為重力加速度,F(xiàn)為地面的彈力大小,t為碰撞時間。
由于小球在碰撞過程中只受到重力和地面的彈力作用,因此碰撞時間極短。根據(jù)自由落體運動規(guī)律,小球自由下落的高度為H時,速度大小為:
v1 = sqrt(2gH)
小球反彈的高度為h時,速度大小為:
v2 = sqrt(2gh)
由于碰撞時間極短,因此可以認為小球在碰撞前后的速度大小相等。根據(jù)動量定理,碰撞前后小球的動量變化量為零,即:
mv1 - mv2 = 0
將上述兩個速度帶入動量定理公式中,可得:
I = (mg - F)t = m(v2 - v1) = msqrt((2gh)^2 - (2gH)^2) = msqrt(4ghH - g^2)
其中,F(xiàn) = mg - F彈力。由于小球與地面碰撞時發(fā)生彈性形變,因此地面的彈力大小為F彈力。由于碰撞時間極短,可以認為F彈力近似等于mg。因此,碰撞過程中地面對小球的沖量大小為:
I = msqrt(4ghH - g^2)
【例題解析】
本題是一道關于自由落體運動和彈性碰撞的物理問題。解題的關鍵在于正確分析小球的運動過程和受力情況,并利用動量定理求解地面對小球的沖量大小。通過本題,同學們可以加深對自由落體運動規(guī)律和動量定理的理解和應用。