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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。
【物理知識要求】
高中物理水平。
【問題解答】
小球在自由落體過程中,有:
$mgh = \frac{1}{2}mv^{2}$
碰撞過程中,小球動量守恒,以碰撞前小球的速度方向為正方向,有:
mv_{碰前} = mv_{碰后} - m(-v_{碰前})
其中,v_{碰前}為小球碰撞前的速度,-v_{碰前}為小球碰撞后的反向速度。
根據題意,小球與地面發生彈性碰撞,所以碰撞過程中能量損失為0,即碰撞前后的動能相等。因此有:
\frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}mv_{碰后}^{2} + \frac{1}{2}m(-v_{碰前})^{2}
將上述兩個式子代入,得到:
v_{碰后} = \sqrt{\frac{mgh}{m} + \frac{mgh}{m}\sqrt{\frac{t^{2}}{m}}}
其中,v_{碰后}為碰撞后小球的速度。
【答案】
碰撞后小球的速度為:v_{碰后} = \sqrt{\frac{mgh}{m} + \frac{mgh}{m}\sqrt{\frac{t^{2}}{m}}}。