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題目:
一質量為 m 的小球,從距地面高為 H 的位置沿光滑斜面由靜止開始下滑,到達底端時與擋板 P 發生碰撞,碰撞后小球返回原高度的一半。求小球在運動過程中所受的阻力大小。
答案:
(1)小球從靜止開始下滑到地面時,根據動能定理有:
mgH = 0 + fs
其中 f 為阻力,s 為斜面長度。
(2)小球反彈后繼續下滑,到達地面時速度為零,根據動能定理有:
- fs = 0 - (mgH/4)
(3)小球反彈后繼續下滑,到達地面時速度為零,根據動量定理有:
- f's = 0 - mv
其中 f' 為反彈后小球受到的阻力。
(4)反彈后小球繼續下滑,到達地面時速度為零,根據動能定理有:
- fs = 0 - (mgH/4)
(5)反彈后小球繼續下滑,到達地面時與擋板碰撞,根據動量守恒定律有:
mv = mv' + mv''
其中 v' 和 v'' 分別為反彈后小球和擋板的動量。
(6)反彈后小球繼續下滑,到達地面時速度為零,根據動能定理有:
- fs = 0 - (mgH/4) - fs''
其中 s'' 為斜面長度的一半。
(7)根據上述方程組求解可得 f = mgH/4。
解析:
本題主要考查了動能定理、動量定理和動量守恒定律的應用,需要學生能夠正確分析物體的運動過程,并建立相應的物理模型。在解題過程中需要注意各個物理量的單位和符號。本題難度中等。