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碰撞中的临界问题及多次碰撞问题
一、碰撞中的临界极值问题
碰撞中的临界极值问题,指的是相互作用中的物体“恰好不相撞”“相距最近”“相距最远”或“恰上升到最高点”等,求解的关键是速度相等。常见类型有
(1)当小物块到达最高点时,两物体速度相同。
(2)弹簧最短或最长时,两物体速度相同,此时弹簧弹性势能最大。
(3)两物体刚好不相撞,两物体速度相同。
(4)滑块恰好不滑出长木板,滑块滑到长木板末端时与长木板速度相同。
例1如图1,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块以相对冰面3m/s的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h=0.3m(h小于斜面体的高度)。已知小孩与滑板的总质量为m1=30kg,冰块的质量为m2=10kg,小孩与滑板始终无相对运动。重力加速度的大小取g=10m/s2。
图1
(1)求斜面体的质量;
(2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩?
1.(多选)如图2所示,甲和他的冰车总质量M=30kg,甲推着质量m=15kg的小木箱一起以速度v0=2m/s向右滑行,乙和他的冰车总质量也为M=30kg,乙以同样大小的速度迎面而来。为了避免相撞,甲将小木箱以速度v沿冰面推出,木箱滑到乙处时乙迅速把它抓住。若不计冰面的摩擦力,则小木箱的速度v可能为()
图2
A.4m/s B.5m/s
C.6m/s D.7m/s
二、多次碰撞问题
多次碰撞问题的处理方法是数学归纳法,先利用所学知识把前几次碰撞过程理顺、分析透彻。根据前几次数据利用数学归纳法,可写出之后碰撞过程中对应规律或结果,然后可以计算全程的路程或发生碰撞的总次数等数据。多次碰撞问题涉及的主要模型有:1.两个物体之间或物体与挡板之间发生多次碰撞;2.多个物体发生连续碰撞。
例2(2024·湖北黄冈高三检测)人和冰车的总质量为M,另有一个质量为m的坚固木箱,开始时人坐在冰车上静止在光滑水平冰面上,某一时刻人将原来静止在冰面上的木箱以速度v推向前方弹性挡板,木箱与挡板碰撞后又反向弹回。设木箱与挡板碰撞过程中没有机械能的损失,人接到木箱后又以速度v将木箱推向挡板,如此反复多次,试求人推多少次木箱后将不可能再接到木箱(已知M∶m=31∶2)。