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题目:一质量为m的小球,从高度为h处自由下落,当其着地速度为多少时,才能完成一次反弹?忽略空气阻力,重力加速度为g。
解答:
根据机械能守恒定律,小球从高度为h处自由下落时,其动能为:
Ek = 0.5mv²
而小球反弹时,其动能为:
Ek’ = 0.5m( - v)²
由于小球在反弹过程中只受到重力作用,因此重力势能转化为动能和弹性势能。根据能量守恒定律,小球反弹时的动能等于初始动能加上弹性势能。而弹性势能的大小与小球反弹的高度有关,因此需要求出小球反弹的高度。
设小球反弹的高度为h’,则有:
mg(h + h’) = 0.5mv² + 0.5m( - v)² + E
其中E为弹性势能,由小球反弹的高度决定。将上式化简可得:
h’ = 0.5h
因此,小球反弹时的速度为:
v = sqrt(2gh)
所以,当小球着地速度为sqrt(2gh)时,才能完成一次反弹。