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题目:
【题目描述】
一个质量为m的小球,从高度为h处自由下落,与地面发生弹性碰撞,碰撞时间为t。求小球碰撞后的速度。
【物理知识要求】
知道动量和冲量,知道弹性碰撞的规律。
【解题思路】
小球自由下落,做自由落体运动,到达地面时的速度为v1。小球与地面碰撞,发生弹性碰撞,获得的速度为v2。根据动量和冲量的关系,可以列出两个动量守恒的方程,以及一个速度分解的方程,解出v2即可。
【例题解答】
(由于涉及到的公式较多,此处仅给出解题思路和答案)
根据动量和冲量守恒定律,可以得到两个方程:
1. 自由落体阶段:$mv_{1} = 0$
2. 碰撞阶段:$mv_{1} + (m \times v_{2}) = 0$
根据速度分解,可以得到另一个方程:
3. 碰撞前后,小球的速度在竖直方向上的分量相等:$v_{y1} = v_{y2}$
其中v1和v2分别为小球到达地面时的速度和碰撞后的速度。已知h、t、m,可以求出v1和v2。
解得:v2 = - (√(ght) + gt)
其中负号表示方向竖直向上。
【答案】
碰撞后小球的速度为v2 = - (√(ght) + gt),方向竖直向上。