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題目:
【例題】一質量為m的小球,從高為H的塔頂處自由下落,當下落距離為h時,它與一斜面碰撞,碰撞時間為t,斜面的摩擦力不能忽略。求小球碰撞后的速度和它到達地面的速度。
分析:
1. 小球從塔頂自由下落,根據自由落體運動規律可求得小球到達地面時的速度。
2. 小球與斜面碰撞時,由于摩擦力的存在,小球的運動不再滿足動量守恒定律,需要考慮能量損失。
解答:
1. 小球從塔頂自由下落,根據自由落體運動規律:
h = 1/2gt^2 (1)
v = gt (2)
其中v為小球到達地面時的速度。
2. 小球與斜面碰撞時,由于摩擦力的存在,能量損失不可避免。設小球碰撞后的速度為v',則有:
mv^2/2 = (m-f)v'^2/2 + fH (3)
其中f為斜面的摩擦力。
解得:
v' = sqrt((mv^2 - mgh - fH) / (m-f)) (4)
3. 小球到達地面時的速度為v'',根據能量守恒定律有:
mv^2/2 = mv'^2/2 + mv''^2/2 (5)
其中v''為小球到達地面時的速度。
解得:
v'' = sqrt(mv^2 / (m-f)) (6)
綜合以上三步,可得小球碰撞后的速度為v' = sqrt((mv^2 - mgh - fH) / (m-f)),到達地面的速度為v'' = sqrt(mv^2 / (m-f))。其中f為斜面的摩擦力,g為重力加速度。
注:本題中未給出斜面的具體參數,因此無法給出碰撞后的具體運動軌跡。本題主要考察自由落體運動規律、動量守恒定律和能量守恒定律的應用。