(1)如图1所示,ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道,BC段水平,AB段与BC段平滑连接.质量为m1的小球从高位h处由

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  • 解题思路:(1)由于两球在碰撞的过程中机械能守恒,同时动量也守恒,列出方程组即可求得碰撞后小球m2的速度大小;(2)根据动能传递系数的定义,求出第n个球的动能,与第1个球的动能相比较即可,再根据得到的结论分析即可求得m2的值.

    (1)设碰撞前的速度为

    V210,根据机械能守恒定律 m1gh=

    1

    2m1

    v210①

    设碰撞后m1与m2的速度分别为v1和v2,根据动量守恒定律 m1v10=m1v1+m2v2

    由于碰撞过程中无机械能损失 [1/2m1

    v210=

    1

    2m1

    v21+

    1

    2m2

    v22]③

    ②、③式联立解得v2=

    2m1v10

    m1+m2④

    将①代入得④v2=

    2m1

    2gh

    m1+m2.

    (2)a.由④式,考虑到 EK1=[1/2]m1V102

    EK2=[1/2]m2V22

    根据动能传递系数的定义,对于1、2两球 k12=

    Ek2

    Ek1=

    4m1m2

    (m1+m2)2⑤

    同理可得,球m2和球m3碰撞后,动能传递系数k13应为 k13=

    Ek3

    Ek1=

    Ek2

    Ek1•

    Ek3

    Ek2=

    4m1m2

    (m1+m2)2•

    4m2m3

    (m2+m3)2⑥

    依此类推,可以归纳得出,动能传递系数k1n应为 k1n=

    Ekn

    Ek1=

    Ek2

    Ek1•

    Ek3

    Ek2…

    Ekn

    Ek(n−1)=

    4m1m2

    (m1+ m2)2•

    4m2m3

    (m2+ m3)2…

    4m(n−1)mn

    (m(n−1)+ mn)2,

    即 k1n=

    4n−1m1

    m22

    m23…

    m2n−1mn

    (m1+m2)2(m2+m3)2…(mn−1+mn)2.

    b.将m1=4m0,m3=mo代入⑥式可得 k13=64m02[

    m2

    (4m0+m2)(m0+m2)]2

    为使k13最大,只需使

    m2

    (4mo+m2)(m2+m0)=

    1

    4

    m20最大,即m2+

    4

    m20

    m2取最小值,

    m2+

    4

    m20

    m2=(

    m2−

    2m0

    m2)2+4m0可知当

    m2=

    2m0

    m2,即m2=2m0时,k13最大.

    答:(1)碰撞后小球m2的速度大小v2=

    2m1

    2gh

    m1+m2;

    (2)当m2=2m0时,k13值最大.

    点评:

    本题考点: 机械能守恒定律;动量守恒定律.

    考点点评: 本题目中给的信息比较多,并且是平时不曾遇到的,但是根据题目的信息,逐步分析,根据动能的规律归纳,可求出每个小球的动能,再作比较就能够的出结论.解本题的关键是在对所给信息的理解.