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例题:一个质量为 m 的小球,从高度 H 处自由落下,当它到达地面时与地面的冲击时间极短可忽略不计。该球与地面碰撞过程中损失的机械能与小球碰撞前动能之比为多少?
【答案】
根据机械能守恒定律可得,小球碰撞前动能为:
E_{k0} = \frac{mgH}{2}
小球与地面碰撞过程中损失的机械能为:
E_{损失} = mgH
所以,小球碰撞前动能的损失与小球碰撞前机械能的比值为:
\frac{E_{损失}}{E_{k0}} = \frac{mgH}{\frac{mgH}{2}} = 2
【解析】
本题主要考查了机械能守恒定律的应用,难度不大。
【解答】
由题意可知,小球下落过程中只有重力做功,机械能守恒,所以有:
mgH = E_{k0} + E_{势}
其中E_{势}为小球到达地面时的重力势能。
小球与地面碰撞过程中损失的机械能为:
E_{损失} = mgH
小球碰撞前动能的损失与小球碰撞前机械能的比值为:
\frac{E_{损失}}{E_{k0}} = \frac{mgH}{\frac{mgH}{2}} = 2
所以当小球与地面碰撞时,损失的机械能与小球碰撞前动能之比为2:1。