Question

【题目】台球的运动和撞击过程中，球既存在平动，也存在转动，运动情况较为复杂。在不考虑球的转动和球之间的摩擦的情况下，我们可以对球的运动和撞击过程建立简单的模型，用高中物理知识进行粗略研究。如图1所示，此时球桌上只剩下两个球，其中A球为白球，B球为黑球，且两球球心与1号洞中心在一条直线上。请你利用学过的物理规律解决以下问题。

（1）击打白球后，白球与黑球发生碰撞，可以使黑球进入不同的洞口。请在以下两种情况下，画出白球的初速度方向以及碰前瞬间的位置，作图时请画出必要的辅助线。

a. 使黑球进入1号洞（在图2中作图）；

b. 使黑球进入2号洞（在图3中作图）。

（2）黑球进入2号洞的情况比进入1号洞的情况复杂一些。在处理复杂的物理问题时，常将其分解为简单的问题，如运动的分解、力的分解等等。将这些矢量在相互垂直的x、y两个方向上进行分解，然后分别进行研究。在黑球进入2号洞的情境下，若已知两球的质量均为m，碰前瞬间白球的速度大小为v0，碰后瞬间黑球的速度大小为v，v0与v方向的夹角θ = 53o，求两球碰撞过程中损失的机械能。（已知：sin53o = 0.8，cos53o = 0.6）

Answer 1

【答案】（1）a. ；b.（2）

【解析】

（1）a.

b.

（2）以黑球碰后的速度方向以及与之垂直的方向为坐标轴方向建立平面直角坐标系，将白球碰前和碰后的速度沿着坐标轴进行正交分解，沿两个方向分别进行研究

碰撞过程中两球组成的系统在x、y两个方向上都满足动量守恒定律

设碰后白球速度大小为vA，在x、y两个方向上的分速度分别为vAx和vAy

x方向：

mv0cosmv + mvAx

y方向：

mv0sinmvAy

解得：

则碰撞过程中系统损失的机械能

其中

代入得