2021高考物理 专题04 数学归纳法解题方法及其应用

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2021高考物理 专题04 数学归纳法解题方法及其应用

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2020考前冲刺物理
  在近年高考题中高频率的出现多过程问题,这类问题很多情况下可以用数学归纳法来解决,比如说一个关于自然数n的命题,由n=1命题成立,可推知n=2命题成立,继而又可推出n=3命题成立……这样就形成了一个无穷的递推,从而命题对于n>=1的自然数都成
立,下面略举几例说明这一方法的应用,供同行参考。
  例1、雨滴在穿过云层的过程中,不断与漂浮在云层中的小水珠相遇并结合为一体,其质量逐渐增大。现将上述过程简化为沿竖直方向的一系列碰撞。已知雨滴的;初始质量为,初速度为,下降距离后于静止的小水珠碰撞且合并,质量变为。此后每经过同样的距离后,雨滴均与静止的小水珠碰撞且合并,质量依次为、............(设各质量为已知量)。不计空气阻力。若考虑重力的影响,
  求(1)第1次碰撞前、后雨滴的速度和;
  (2)求第n次碰撞后雨滴的动能。
  解析:(1)若考虑重力的影响,雨滴下降过程中做加速度为g的匀加速运动,碰撞瞬间动量守恒
  第1次碰撞前? ?
  第1次碰撞后? ,
  (2)第2次碰撞
  
  第2次碰撞后,利用(2)式得
  ??????????????
  同理,第3次碰撞后?? ,…………
  第n次碰撞后速度为???
  故第n次碰撞后雨滴的动能为??
  例2、如图所示,质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂。现将绝缘球拉至与竖直方向成θ=600的位置自由释放,下摆后在最低点与金属球发生弹性碰撞。在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场。已知由于磁场的阻尼作用,金属球将于再次碰左为速度的正方向,第一次碰撞前后绝缘小球的速度分别 、,金属球的速度为
  由动量守恒得:
  联立上式解得,
  设第一次碰前绝缘球的动能为,其中
  第n次碰后绝缘球的动能为,
  其中,则得,因为,
  所以2  例3、(1)如图1所示,ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道,BC段水平,AB段与   设碰撞后与的速度分别为和,根据动量守恒定律
  ????? ?????②
  由于碰撞过程中无机械能损失
  ????? ③
  ②、③式联立解得
  ?????????????? ④
  ?? 将①代入得④
  
  (2)碰撞过程中的能量传递规律在屋里学中有着广泛的应用。为了探究这一规律,我们才用多球依次碰撞、碰撞前后速度在同一直线上、且无机械能损失的恶简化力学模型。如图2所示,在固定光滑水平轨道上,质量分别为、、......、......的若干个球沿直线静止相间排列,给第1个球初能,从而引起各球的依次碰撞。定义其中第个球经过依次碰撞后获得的动能与之比为第1个球对第个球的动能传递系数。
  求:(a)
  (b)若、、为确定的已知量。求为何值时,值最大
  解析:(a)由上问中④式,考虑到和得
  根据动能传递系数的定义,对于1、2两球
  ??? ⑤
  解得
  
由可知

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