的状态(如图2)。全过程可等效为左桶中
h1h22以上的阴影部流动到右桶中h2以上的阴影部分。由于底面积相同,因而两阴影
部分水的体积必定相同
。
图2
这一部分水的质量mSh1h22;重心下降高度hh1h22;从而若不计阻力,水的重力势能减小,减小了gSh1h24,则由机械能守恒易知水的动能增加,增
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加了gSh1h24。
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设桶内水流的末速度为v,同理,可得
2gSh12h24Sh1h2v24
f由此解得
vgh1h2
【点拨】我们看到水的变化体积相同(等效)、左降右升,若采用其他方法,而不用变化体积相等、重力势能减少等于动能增加的处理方法,此题则不易解决。直到两桶水面高度相同时,所求出的速度为最大速度,此后水流做往复振动几下,最终停下保持静止。【例题2】质量为m的小球放在质量为M的大球顶上,从高处h释放,紧挨着落下,撞击地面后弹起,所有的碰撞都是完全弹性碰撞,且都发生在竖直轴上。小球弹起可能达到的最大高度?
图三
【解析】将两球无初速释放后,两球均自由落下,大球刚触地时两球速度v均为2gh,大球与地发生完全弹性碰撞,速度立即变为向上,大小仍为v,这时小球速度是向下的,大小为v,则小球相对于大球以2v的速度接近,随即与大球发生对心碰撞,并以2v的速度与大球分离,若小球质量远小于大球,两球碰后大球对地仍是向上的v,可知小球相对于地面向上运动的速度已是3v,为小球直接触地弹起速度的三倍,由机械能守恒关系:
1m32gh2mgH,2小球向上弹起的高度H9h,其效果就如同被大球这个“弹弓”弹射出去一样。
【点拨】实际上,此例求小球碰撞后的对地速度等效速度时,应用了同一直线上速度合成的知识,即小球的实际速度等于小球对大球的相对速度2v和大球对地的绝对速度v之和,即v2vv3v。弹弓效应同样应用于人造天体的加速过程当中。【例题3】把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在条形磁铁N极附近,磁铁轴线穿过线圈圆心且垂直于线圈平面,当线圈通入如图方向的电流后时,判断线圈如何运动。
f图4
【解析】按照一般解法,先画出条形磁铁磁感线在线圈处的分布,再据左手定则判断线圈受到的安培力,这时需把圆形线圈看成由无数段直线组成,还要把磁铁磁场方向分解到与直线垂直的方向上来,得出线圈所受合力向左的结论。但据等效模型思想,可把线圈电流等效为一扁磁铁,由安培定则得知扁磁铁右端为N极,左为S极,而条形磁铁r