以下是一些高中機械能守恒的經典題目:
1. 物體沿固定的光滑斜面自由下滑,物體的機械能守恒嗎?請從能量角度加以說明。
2. 跳傘運動員張開傘后,在空中勻速下降,運動員的機械能守恒嗎?
3. 質量為m的物體,在兩個大小相等、夾角為θ(0°<θ<90°)的力共同作用下,從靜止開始沿合力方向做直線運動,問物體的機械能守恒嗎?
4. 質量為m的小球在豎直平面內的圓形軌道的內切圓上滑動,若它經過最高點而不脫離軌道,最低點對軌道的壓力恰好為零,則小球在整個運動過程中,機械能守恒嗎?
以上題目都是高中機械能守恒定律的經典題目,通過這些題目可以更好地理解和應用機械能守恒定律。
題目:一個質量為 m 的小球,在距地面 H 高處由靜止釋放,不計空氣阻力,到達地面時的速度為 v。現在假設小球和地面碰撞過程中無能量損失,且小球在每次碰撞后反彈的高度都是碰前高度的 3/4。求小球最終停在地面上時,通過一系列碰撞達到的最終高度。
解析:
首先,小球從 H 高處自由落體,機械能守恒,有:
mgH = 0.5mv2
小球和地面碰撞后反彈,反彈高度為原高度的 3/4,即 h = 0.75H。每次碰撞后,小球的機械能都轉化為內能,即小球的動能和重力勢能轉化為內能。
第一次碰撞后,小球反彈到高度 h1 = 0.75H,此時小球的機械能 E1 = 0.5mv2。
第二次碰撞后,小球反彈到高度 h2 = 0.75h1 = 0.375H,此時小球的機械能 E2 = E1 - mgh2 = 0.5mv2 - mgh2。
第三次碰撞后,小球反彈到高度 h3 = 0.75h2 = 0.225H,此時小球的機械能 E3 = E2 - mgh3 = 0.5mv2 - mgh3 - mgh3。
以此類推,我們可以發現每次碰撞后小球的機械能都比前一次少 mgh,而小球的高度卻逐漸增加。因此,最終小球的機械能將全部轉化為內能,而高度將達到最低點。
最終高度為 hn = 0.75^nH。由于小球最終停在地面上,所以 hn = H。因此,通過一系列碰撞達到的最終高度為 H。
答案:最終高度為 H。