如图所示,一固定的光滑斜面倾角为θ = 30°,斜面长为L.从斜面顶端无初速释放一质量为m的小球A,同时另一质量为m的小球B从斜面底端以某一初速度沿斜面向上运动,已知两球都可看成质点,碰撞为正碰且碰撞时无机械能损失,重力加速度为g.问:
(1)要使碰撞后A球恰好能够回到斜面顶端,则B球的初速度v0多大?
(2)若A球从斜面顶端、B球从斜面底端都以(1)中求出的初速度v0作为各自的初速度而相向运动,要使两球碰撞后同时回到各自的出发点,则A球出发比B球要晚的时间Δt是多少?
如图所示,一固定的光滑斜面倾角为θ = 30°,斜面长为L.从斜面顶端无初速释放一质量为m的小球A,同时另一质量为m的小球B从斜面底端以某一初速度沿斜面向上运动,已知两球都可看成质点,碰撞为正碰且碰撞时无机械能损失,重力加速度为g.问:
(1)要使碰撞后A球恰好能够回到斜面顶端,则B球的初速度v0多大?
(2)若A球从斜面顶端、B球从斜面底端都以(1)中求出的初速度v0作为各自的初速度而相向运动,要使两球碰撞后同时回到各自的出发点,则A球出发比B球要晚的时间Δt是多少?
(14分)解答:
(1)因A、B两球同时开始运动,两球在斜面上发生弹性碰撞,由弹性碰撞可知,两球碰后速度互换,故碰后A球恰好回到斜面顶端,就相当于B球直接匀减速直线运动恰好到达斜面顶端. (2分)
对B球: (2分)
其中 (2分)
代入得: (1分)
(2)若A、B两球在斜面上都以初速度相向出发,因两球碰后速度互换,故相当于两球各自做匀变速直线运动,即A球以初速
沿斜面向下做匀加速运动,B球以初速
沿斜面向上做匀减速直线运动,且它们的加速度大小均为
.要使两球碰撞后同时回到各自出发点,则A球应该后出发,它们的时间差即为两球分别在斜面上运动的时间之差.
对A球: (2分)
解得 (2分)
对B球: (2分)
所以 (1分)