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在纳米技术中需要移动或修补原子,必须使在不停地做热运动(速率约几百米每秒)的原子几乎静止下来且能在一个小的空间区域内停留一段时间,为此已发明了“激光制令”的技术,若把
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在纳米技术中需要移动或修补原子,必须使在不停地做热运动(速率约几百米每秒)的原子几乎静止下来且能在一个小的空间区域内停留一段时间,为此已发明了“激光制令”的技术,若把原子和入射光分别类比为一辆小车和一个小球,则“激光制冷”与下述的力学模型很类似.
一辆质量为m的小车(一侧固定一轻弹簧),如图所示以速度v0水平向右运动,一个动量大小为p,质量可以忽略的小球水平向左射入小车并压缩弹簧至最短,接着被锁定一段时间△T,再解除锁定使小球以大小相同的动量p水平向右弹出,紧接着不断重复上述过程,最终小车将停下来,设地面和车厢均为光滑,除锁定时间△T外,不计小球在小车上运动和弹簧压缩、伸长的时间.求:
![](https://www.zaojiaoba.cn/2018-07/28/1532761143-9852.jpg)
(1)小球第一次入射后再弹出时,小车的速度大小和这一过程中小车动能的减少量;
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间.
一辆质量为m的小车(一侧固定一轻弹簧),如图所示以速度v0水平向右运动,一个动量大小为p,质量可以忽略的小球水平向左射入小车并压缩弹簧至最短,接着被锁定一段时间△T,再解除锁定使小球以大小相同的动量p水平向右弹出,紧接着不断重复上述过程,最终小车将停下来,设地面和车厢均为光滑,除锁定时间△T外,不计小球在小车上运动和弹簧压缩、伸长的时间.求:
![](https://www.zaojiaoba.cn/2018-07/28/1532761143-9852.jpg)
(1)小球第一次入射后再弹出时,小车的速度大小和这一过程中小车动能的减少量;
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间.
▼优质解答
答案和解析
(1)小球射入小车和从小车中弹出的过程中,小球和小车所组成的系统动量守恒,
由动量守恒定律,得
mv0−P=mv
…①
mv
=mv1+P…②
则v1=v0−
.…③
此过程中小车动能减少量为△Ek=
m
−
m
,…④
则得 △Ek=2pv0−
=2p(v0−
).…⑤
(2)小球第二次入射和弹出的过程,及以后重复进行的过程中,小球和小车所组成的系统动量守恒.由动量守恒定律,得
mv1−p=mv
…⑥
mv
=mv2+p…⑦
则v2=v1−
=v
−2(
),…⑧
同理可推得vn=v0−n(
).…⑨
要使小车停下来,即vn=0,小球重复入射和弹出的次数为n=
,…⑩
故从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间为t=n△T=
•△T.
答:
(1)小球第一次入射后再弹出时,小车的速度大小为v0−
,这一过程中小车动能的减少量2P(v0-
);
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间为
•△T.
由动量守恒定律,得
mv0−P=mv
′ | 1 |
mv
′ | 1 |
则v1=v0−
2P |
m |
此过程中小车动能减少量为△Ek=
1 |
2 |
v | 2 0 |
1 |
2 |
v | 2 1 |
则得 △Ek=2pv0−
2p2 |
m |
p |
m |
(2)小球第二次入射和弹出的过程,及以后重复进行的过程中,小球和小车所组成的系统动量守恒.由动量守恒定律,得
mv1−p=mv
′ | 2 |
mv
′ | 2 |
则v2=v1−
2p |
m |
′ | 0 |
2p |
m |
同理可推得vn=v0−n(
2p |
m |
要使小车停下来,即vn=0,小球重复入射和弹出的次数为n=
mv0 |
2p |
故从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间为t=n△T=
mv0 |
2P |
答:
(1)小球第一次入射后再弹出时,小车的速度大小为v0−
2P |
m |
p |
m |
(2)从小球第一次入射开始到小车停止运动所经历的时间为
mv0 |
2P |
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