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物理奥赛:物理竞赛练习题两则
来源:优易学  2011-12-23 14:28:45   【优易学:中国教育考试第一门户】   资料下载   学历书店

1.一质量为M的平板车,可无磨擦地沿一水平直线轨道运动。初始时,轨道静止不 动,有N个人站在车上,每个人的质量为。 
  ①当N个人一起,以相对于车的速度为v0 ,同时从车端跳出,问N个人跳车之后,车的速度为多少? 
  ②若N个人一个接一个地都以相对于车的速度为v0跑向一端相继跳离平板车,(在一个时则只有一个人跳),求平板车的末速度为多少? 
  ③在1和2两种情况下,哪种情况的车速较大? 
     
解:①Mv+Nm(v+v0)=0 (动量守恒)  
得v=-[(Nm)/(M+Nm)]v0 (负号表示v与v0反向) 
  ②设某刻车上仍有个人在一起作水平平动,平动速度为Vn。因而,在水平方向上总动量为(M+nm)vn 。然后,有一个人从车上跳下后,车及车上(n-1)人的水平平动速度为系统(由车、车上的人及跳下的人组成)的水平总动量为 
      [M+(n-1)m]Vn-1+m(Vn-1+v0) 
  由于在水平方向上无外力作用,该方向上动量守恆: 
      (M+nm)vn=[M+(n-1)m]Vn-1+m(Vn-1+v0) 
      (M+nm)vn=(M+nm)vn-1+mv0 
      ∴vn-1=vn-[m/(M+nm)]v0 
从车上有N个人时,车和人都静止,即 
    vN-1=-[m/(M+Nm)]v0 
    vN-2=vN-1-m/[M+(N-1)m]v0=-m/(M+Nm)v0-m/[M+(N-1)]v0 
... ... 
故车的末速为vN-N=vn=0=   
  ③∵M+nm≦M+Nm, n=1,2,…N 
∴②的平板车的末速比①大。
2.一点光源位于凸透镱的主光轴上。当点光源位于A点处,它成像在B点。 而当它位于B点,它成像于C点。已知AB=10cm,BC=20cm,试求凸透镜的焦距。


解:主光轴上 A,B,C的不同排列只有两种(如图1与2)。
  对于图1情况,首先要判断透镜位于哪一区域。假定透镱位于C点右侧,物与像位于透镜同侧,物距大于像距,则两次成缩小的虚像了,但凸透镜只能成放大的虚像,故这是不可能的。
  同理,透镱位于B与C之间,A光源成虚像于B也是不可能的。
  假设透镜位于A与B之间,B点处成实像,C点处成放大虚像,这是否可能?这是不可能的,依据物与像共轭原理,B点作为A物的像,则放物于B所成的像也应当于A处亦是实像,而不应该成像于C且变为虚像。
  再假设透镜位于A点左侧,这时物与像共侧,且像距大于物距,是符合凸透镜成虚像的要求的,设第一次物距(物在A点)为U1,则第二次物距(物在B点)为U1+10。依成像公式有:
    1/u1+1/-(u1+10)=1/f      ①
    1/(u1+10) +1/-(u1+30)=1/f   ② 
  解①、②方程组得U1=30cm,f=120cm, 即凸透镜焦距为120cm。
  对于图2 的情况。假设透镱放于B右侧,因A物不可能成缩小虚像于B而被否定;假设透镜放于A与B之间,若A物成实像于B,则物于B也应成像于A而不应在C,这一假设也应否定;以假设稳定镜放于C之左侧,B物成缩小虚像于C是不可能的,这假设被否定,唯一可能的是透镜放在C与A之间,这时B成放大虚像,而C成缩小实像,可设第一次物距(物在A点)为U1,则第二次物距(物在B点)为U1+10,依成像公式有:
    1/u1+1/-(u1+10)=1/f     ③
    1/(u1+10)+1/(10-u1)=1/f   ④
解③.④方程组得u1=10/3cm , f=40/9cm=4.44cm , 即透镱焦距为4.44cm.

责任编辑:小草

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