某兴趣小组设计了一种实验装置，用来研究碰撞问题，其模型如右图所示。用完全相同的轻绳将N个大小相同、质量不等的小球并列悬挂于一水平杆，球间有微小间隔，从左到右，球

题文

某兴趣小组设计了一种实验装置，用来研究碰撞问题，其模型如右图所示。用完全相同的轻绳将N个大小相同、质量不等的小球并列悬挂于一水平杆，球间有微小间隔，从左到右，球的编号依次为1、2、3…….N，球的质量依次递减，每个球的质量与其相邻左球质量之比为k(k＜1)。将1号球向左拉起，然后由静止释放，使其与2号球碰撞，2号球再与3号球碰撞……所有碰撞皆为无机械能损失的正碰。并假设所有的球作为主动球完成一次碰撞后均由于某种原因与绳脱离并作自由落体运动。(不计空气阻力，忽略绳的伸长，g取10 m/s²)
（1）设与n+1号球碰撞前，n号球的速度为v_n，求n+1号球被碰撞后瞬间的速度。
（2）若N=5，在1号球向左拉高h的情况下，要使5号球碰撞后升高16h（16h小于绳长），问k值为多少？

题型：未知 难度：其他题型

答案

(1) v _n+1′=

 （2）k=

-1≈0.414

解析

（1）设n号球质量为m_n，n+1号球质量为m_n+1，碰撞后的速度分别为v_n′、v_n+1′，取水平向右为正方向，据题意有n号球与n+1号球碰撞前的速度分别为v_n、0，且m_n+1=km_n     
根据动量守恒定律，有m_nv_n=m_nv_n′n+km_nv _n+1′①
根据机械能守恒定律，有

m_nv_n²=

m_nv _n′²+

km_nv _n+1′²       ②  
由①②得v _n+1′=

(v _n+1′=0舍去)   
（2）设1号球摆至最低点时的速度为v₁，由机械能守恒定律有m₁gh=

m₁v₁² ④ 
解得              v₁=

⑤ 
同理可求5号球碰后瞬间的速度v₅=

 ⑥
设n+1号球与n+2号球碰前的速度为v_n+1据题意有v_n+1=v _n+1′[
v_n+1=

ⁿv₁ ⑦     
N=n+1=5时，v₅=（

）⁴v₁    ⑧    
由⑤⑥⑧三式得        k=

-1≈0.414(k=-

-1舍去)    ⑨

考点

据考高分专家说，试题“某兴趣小组设计了一种实验装置，用来研究碰.....”主要考查你对 [实验：探究弹力与弹簧伸长的关系 ]考点的理解。

实验：探究弹力与弹簧伸长的关系

探究弹力与弹簧伸长的关系：
实验目的：
1、探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系。
2、学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法。
实验原理：
1、如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与重力大小相等。



2、用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组（x，F）对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。
实验器材：
轻质弹簧（一根），钩码（一盒），刻度尺，铁架台，重垂线，坐标纸，三角板。
实验步骤：
1、如图所示，将铁架台放于桌面上（固定好），将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺（最小分度为mm）固定于铁架台上，并用检查刻度尺是否竖直；



2、记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L₀；
3、在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L_l；
4、用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个 ……钩码时，弹簧下端所对应的刻度L₂、L₃、L₄……，并将所得数据记录在表格中；
5、用x_n＝L_n－L₀计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格。



数据处理：
1、建立坐标系，标明横轴和纵轴所表示的物理量及单位；
2、标度：标度要适当，让所得到的图线布满整个坐标系；
3、描点：描点时要留下痕迹；
4、连线：让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃；
5、根据图象做出结论。