问题 问答题

如图,倾角为θ的斜面固定.有n个质量都为m的相同的小木块(可视为质点)放置在斜面上.相邻两小木块间距离都为l,最下端的木块距底端也是l,小木块与斜面间的动摩擦因数都为μ.在开始时刻,第一个小木块从斜面顶端以初速度v0沿斜面下滑,其余所有木块都静止,由于第一个木块的下滑将依次引起一系列的碰撞.设每次碰撞的时间极短,在每次碰撞后,发生碰撞的木块都粘在一起运动,直到最后第n个木块到达底端时,速度刚好为零.已知重力加速度为g.求:

(1)第一次碰撞后小木块1的速度大小v;

(2)从第一个小木块开始运动到第一次碰撞后系统损失的机械能△E;

(3)发生一系列碰撞后,直到最后第n个木块到达底端,在整个过程中,由于碰撞所损失的总机械能△E

答案

(1)设小木块1碰前的速度为v1,从开始运动到碰前,

根据动能定理:mglsinθ-μmglcosθ=

1
2
m
v21
-
1
2
m
v20

    对小木块1和2,由动量守恒  mv1=2mv      

    则有    v=

1
2
v20
+2gl(sinθ-μcosθ)
  

(2)碰撞前损失的机械能为△E1=μmglcosθ    

    因碰撞损失的机械能为   E2=

1
2
m
v21
-
1
2
•2mv2    

   则有△E=△E1+△E2=

1
4
m
v20
+
1
2
mgl(sinθ-μcosθ)

   (3)对n个木块碰撞的全过程

    重力做的总功     WG=mglsinθ(1+2+3+…+n)=

n(n+1)
2
mglsinθ

    克服摩擦做的总功

      Wf=μmglcosθ(1+2+3+…+n)=

n(n+1)
2
μmglcosθ      

    根据功与能的关系   WG+

1
2
m
v20
=Wf+△E   

     由以上各式求出   E=

1
2
m
v20
+
n(n+1)
2
mgl(sinθ-μcosθ)    

答:(1)第一次碰撞后小木块1的速度大小 v=

1
2
v20
+2gl(sinθ-μcosθ)

(2)从第一个小木块开始运动到第一次碰撞后系统损失的机械能△E=△E1+△E2=

1
4
m
v20
+
1
2
mgl(sinθ-μcosθ);

(3)发生一系列碰撞后,直到最后第n个木块到达底端,在整个过程中,由于碰撞所损失的总机械能  E=

1
2
m
v20
+
n(n+1)
2
mgl(sinθ-μcosθ).

单项选择题 A1/A2型题
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