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【2017年高三南京三模物理】
一質量為m的小球,從高度為h處自由下落,當其著地速度為多少時,它才能保證每次著地后反彈的高度都不超過10cm?忽略空氣阻力,重力加速度為g。
解析:
1. 小球自由下落時,機械能守恒,可求得小球著地時的速度。
2. 小球反彈后做豎直上拋運動,其機械能也守恒。要求出反彈高度不超過10cm的條件。
答案:
設小球著地時的速度為v,由機械能守恒定律得:
mgh = mv2 / 2
小球反彈后做豎直上拋運動,取向上為正方向,由機械能守恒定律得:
mg(h - 0.1) = (mv')2 / 2
其中v'表示反彈后的速度。由兩個式子可得:
v = √(2gh + 2mg × 0.1) / m
所以,小球要保證每次著地后反彈的高度都不超過10cm,必須滿足:反彈后的速度v' ≤ v。即:
(mv')2 ≤ (mv)2
化簡得:v' ≤ √2/2 v
所以,小球著地時的速度至少為√(2gh + 2mg × 0.1) m/s,才能保證每次著地后反彈的高度都不超過10cm。