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+m2v2②
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得
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,
由
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.