【高考速递】突破32 动量守恒定律的应用之碰撞问题-2019高三物理一轮微专题热点专题突破(Word版含解析)
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高考物理动量守恒定律在碰撞问题中的应用在高考物理中,动量守恒定律是一个极其重要的知识点,尤其是在处理碰撞问题时,其应用更是广泛而关键。
动量守恒定律为我们理解和解决物体之间相互作用的复杂情况提供了有力的工具。
首先,我们来明确一下动量守恒定律的基本概念。
动量是一个与物体的质量和速度相关的物理量,其表达式为 p = mv ,其中 p 表示动量,m 表示物体的质量,v 表示物体的速度。
动量守恒定律指出,在一个不受外力或所受合外力为零的系统中,系统的总动量保持不变。
在碰撞问题中,我们通常会遇到完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞这三种情况。
完全弹性碰撞是一种理想的情况,在这种碰撞中,不仅动量守恒,而且动能也守恒。
比如两个质量分别为 m1 和 m2 的小球,以速度 v1和v2 发生正碰,碰撞后速度分别变为v1' 和v2' 。
根据动量守恒定律,有 m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2' ;同时,由于动能守恒,有 1/2m1v1²+ 1/2 m2v2²= 1/2 m1v1'²+ 1/2 m2v2'²。
通过联立这两个方程,我们就可以求解出碰撞后的速度 v1' 和 v2' 。
完全非弹性碰撞则是另一个极端。
在这种碰撞中,两个物体碰撞后会粘在一起以相同的速度运动。
同样以两个质量分别为 m1 和 m2 的物体为例,碰撞前速度分别为 v1 和 v2 ,碰撞后共同速度为 v 。
根据动量守恒定律,有 m1v1 + m2v2 =(m1 + m2)v 。
在完全非弹性碰撞中,动能损失最大。
非完全弹性碰撞则介于上述两种情况之间,动量守恒,但动能有损失,只是损失的动能不像完全非弹性碰撞那么多。
那么,动量守恒定律在实际的高考题目中是如何应用的呢?让我们通过一些具体的例子来进行分析。
例 1:在光滑水平面上,有两个质量分别为 2kg 和 3kg 的滑块 A 和B,A 以 5m/s 的速度向右运动,B 以 3m/s 的速度向左运动,两者发生正碰。
知识回顾 1.动量守恒条件(1)系统不受外力或合外力为零时,动量守恒. (2)若在某一方向合外力为0,则该方向动量守恒. 2.必须掌握动量守恒定律的两种思想 (1)守恒思想:p =p ′、m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′. (2)转化思想:Δp 1=-Δp 2.3.必须明确碰撞问题遵守的三条原则 (1)动量守恒:p 1+p 2=p 1′+p 2′. (2)动能不增加:E k1+E k2≥E k1′+E k2′. (3)速度要符合实际情况. 规律方法应用动量守恒定律解题的基本思路(1)分析题意,明确研究对象,确定所研究的系统是由哪些物体组成的.(2)对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,区分系统内力和外力,在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件判断能否应用动量守恒定律.(3)明确所研究物体间的相互作用的过程,确定过程的初、末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量. (4)规定正方向,确定初、末状态的动量的正、负号,根据动量守恒定律列方程求解. 三类碰撞的分析 (1)弹性碰撞动量守恒:m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′,机械能守恒:12m 1v 21+12m 2v 22=12m 1v ′21+12m 2v ′22. (2)完全非弹性碰撞动量守恒、末速度相同:m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v ′,机械能损失最多,机械能的损失: ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12(m 1+m 2)v ′2 (3)非弹性碰撞动量守恒:m 1v 1+m 2v 2=m 1v ′1+m 2v ′2,机械能有损失,机械能的损失: ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12m 1v ′21+12m 2v ′22例题分析【例1】质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7 kg·m/s,B球的动量是5 kg·m/s,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是() A.p A=6 kg·m/s,p B=6 kg·m/sB.p A=3 kg·m/s,p B=9 kg·m/sC.p A=-2 kg·m/s,p B=14 kg·m/sD.p A=-4 kg·m/s,p B=17 kg·m/s【例2】.(2017年江色七校联考)光滑水平轨道上有三个木块A、B、C,其中A质量为m A=3m、C质量为m C=2m,开始时B、C均静止,A以初速度v0向右运动,A与B发生弹性碰撞后分开,B又与C发生碰撞并粘在一起,此后A与B间的距离保持不变.求B的质量及B与C碰撞前B的速度大小?【例3】(2017·银川二模)A、B两球沿一直线运动并发生正碰,如图为两球碰撞前后的位移图像,a、b 分别为A、B两球碰前的位移图像,c为碰撞后两球共同运动的位移图像,若A球质量是m=2 kg,则由图判断下列结论不正确的是()A.碰撞前后A的动量变化为4 kg·m/sB.碰撞时A对B所施冲量为-4 N·sC.A、B碰撞前的总动量为3 kg·m/sD.碰撞中A、B两球组成的系统损失的动能为10 J【例4】.(2017·衡水中学期末卷)如图所示,在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球A的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁.小球A与小球B发生弹性正碰后小球A与小球B均向右运动.小球B与墙壁碰撞后以原速率返回并与小球A在P点相遇,PQ =2PO,则两小球质量之比m1∶m2为()A .7∶5B .1∶3C .2∶1D .5∶3专题练习1.在光滑水平面上,质量为m 的小球A 正以速度v 0匀速运动.某时刻小球A 与质量为3m 的静止小球B 发生正碰,两球相碰后,A 球的动能恰好变为原来的14.则碰后B 球的速度大小是( )A.v 02B.v 06C.v 02或v 06D .无法确定2.(2017年山东济宁期末)如图所示,一质量为M =3.0 kg 的长木板B 放在光滑水平地面上,在其右端放一个质量为m =1.0 kg 的小木块A .给A 和B 以大小均为4.0 m/s 、方向相反的初速度,使A 开始向左运动,B 开始向右运动,A 始终没有滑离B .在A 做加速运动的时间内,B 的速度大小可能是( )A .1.8 m/sB .2.4 m/sC .2.8 m/sD .3.0 m/s3.如图所示,光滑水平面上有大小相同的A 、B 两个小球在同一直线上运动.两球质量关系为m B =2m A ,规定向右为正方向,A 、B 两球的动量均为8 kg·m/s ,运动过程中两球发生碰撞,碰撞后A 球的动量增量为-4 kg·m/s ,则( )A .右侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为2∶3 B .右侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为1∶6C .左侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为2∶3D .左侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为1∶64.(2017年河北邯郸模拟)质量为m 、速度为v 的A 球与质量为3m 的静止的B 球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B 球的速度可能有不同的值,碰撞后B 球的速度大小可能是( ) A .0.6v B .0.4v C .0.2v D .v5.(多选)(2016年高考·天津卷改编)如图所示,方盒A 静止在光滑的水平面上,盒内有一小滑块B ,盒的质量是滑块的2倍,滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v 开始向左运动,与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞,滑块在盒中来回运动多次,最终相对于盒静止,则( )A .此时盒的速度大小为v 3B .此时盒的速度大小为v2C .滑块相对于盒运动的路程为v 23μgD .滑块相对于盒运动的路程为v 22μg6.(2017·南平模拟)如图所示,A 、B 两物体质量分别为m A 、m B ,且m A >m B ,置于光滑水平面上,相距较远.将两个大小均为F 的力,同时分别作用在A 、B 上经过相同距离后,撤去两个力,两物体发生碰撞并粘在一起后将( )A .停止运动B .向左运动C .向右运动D .运动方向不能确定7.如图所示,在光滑水平面上,有A 、B 两个小球沿同一直线向右运动,若取向右为正方向,两球的动量分别是p A =5.0 kg ·m/s ,p B =7.0 kg ·m/s.已知二者发生正碰,则碰后两球动量的增量Δp A 和Δp B 可能是( )A .Δp A =-3.0 kg ·m/s ;ΔpB =3.0 kg ·m/s B .Δp A =3.0 kg ·m/s ;Δp B =3.0 kg ·m/sC .Δp A =3.0 kg ·m/s ;Δp B =-3.0 kg ·m/sD .Δp A =-10 kg ·m/s ;Δp B =10 kg ·m/s8.如图所示,质量相等的五个物块在光滑水平面上,间隔一定距离排成一条直线.具有初动能E 0的物块1向其它4个静止的物块运动,依次发生碰撞,每次碰撞后不再分开.最后5个物块粘成一个整体.这个整体的动能等于( )A .E 0 B.45E 0 C.15E 0D.125E 09.(2017·铜仁市四模)(多选)如图所示,弧形轨道置于足够长的水平轨道上,弧形轨道与水平轨道平滑连接,水平轨道上静置一小球B 和C ,小球A 从弧形轨道上离地高h 处由静止释放,小球A 沿轨道下滑后与小球B 发生弹性正碰,碰后小球A 被弹回,B 球与C 球碰撞后粘在一起,A 球弹会后再从弧形轨道上滚下,已知所有接触面均光滑,A 、C 两球的质量相等,B 球的质量为A 球质量的2倍,如果让小球A 从h =0.2 m 处静止释放,则下列说法正确的是(重力加速度为g =10 m/s 2)( )A .A 球从h 处由静止释放则最后不会与B 球再相碰 B .A 球从h 处由静止释放则最后会与B 球再相碰C .A 球从h =0.2 m 处由静止释放则C 球的最后速度为79 m/sD .A 球从h =0.2 m 处由静止释放则C 球的最后速度为89m/s10.(2017·淄博一模)(多选)如图所示,在质量为M(含支架)的小车中用轻绳悬挂一小球,小球的质量为m 0,小车和小球以恒定速度v 沿光滑水平地面运动,与位于正对面的质量为m 的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短.在此碰撞过程中,下列哪个或哪些说法是可能发生的?( )A .在此过程中小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为v 1、v 2、v 3,满足(M +m 0)v =Mv 1+mv 2+m 0v 3B .在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度分别为v 1和v 2,满足(M +m 0)v =Mv 1+mv 2C .在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度都变成u ,满足Mv =(M +m)uD .碰撞后小球摆到最高点时速度变为v 1,木块的速度变为v 2,满足(M +m 0)v =(M +m 0)v 1+mv 2 11.(2017·广东七校联考)(多选)如图所示,图(a)表示光滑平台上,物体A 以初速度v 0滑到上表面粗糙的水平小车上,车与水平面间的动摩擦因数不计;图(b)为物体A 与小车B 的v-t 图像,由此可知( )A.小车上表面长度B.物体A与小车B的质量之比C.A与小车B上表面的动摩擦因数D.小车B获得的动能12.(2017·天津六校联考)质量为m B=2 kg的木板B静止于水平面上,质量为m A=6 kg的物块A停在B 的左端,质量为m C=2 kg的小球C用长为L=0.8 m的轻绳悬挂在固定点O.现将小球C及轻绳拉直至水平位置后由静止释放,小球C在最低点与A发生正碰,碰撞作用时间很短为Δt=10-2 s,之后小球C反弹所能上升的最大高度h=0.2 m.已知A、B间的动摩擦因数μ1=0.2,B与水平面间的动摩擦因数μ2=0,物块与小球均可视为质点,不计空气阻力,取g=10 m/s2.求:(1)小球C与物块A碰撞过程中所受的撞击力大小;(2)为使物块A不滑离木板B,木板B至少多长?13.(2017年高考·课标全国卷Ⅱ)如图,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上.某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h=0.3 m(h小于斜面体的高度).已知小孩与滑板的总质量为m1=30 kg,冰块的质量为m2=10 kg,小孩与滑板始终无相对运动.取重力加速度的大小g=10 m/s2.(1)求斜面体的质量;(2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩?14.(2015年高考·课标全国卷Ⅰ)如图,在足够长的光滑水平面上,物体A、B、C位于同一直线上,A位于B、C之间.A的质量为m,B、C的质量都为M,三者均处于静止状态.现使A以某一速度向右运动,求m和M之间应满足什么条件,才能使A只与B、C各发生一次碰撞.设物体间的碰撞都是弹性的.15.两块厚度相同的木块A和B,紧靠着放在光滑的水平面上,其质量分别为m A=0.5 kg,m B=0.3 kg,它们的下底面光滑,上表面粗糙;另有一质量m C=0.1 kg的滑块C(可视为质点),以v C=25 m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面,如图7-2-4所示,由于摩擦,滑块最后停在木块B上,B和C的共同速度为3.0 m/s,求:(1)木块A的最终速度v A;(2)滑块C离开A时的速度v′C.16.如图所示,光滑的水平地面上有一质量为M=3 kg的木板,其左端放有一可看成质点、质量为m=1 kg 的重物,右方有一竖直的墙.重物与木板间的动摩擦因数为μ=0.5.使木板与重物以共同的速度v0=6 m/s向右运动,某时刻木板与墙发生碰撞,经Δt=0.1 s木板以v1=4 m/s的速度返回,重力加速度为g=10 m/s2.求:(1)墙壁对木板的平均作用力;(2)板与墙作用时间很短,忽略碰撞过程中重物的速度变化.若重物不从木板上掉下来,木板的最小长度. (3)木板与墙壁碰撞后,系统产生的内能; (4)木板与墙壁碰撞后,重物向右移动的最大位移.17.(2017年湖北六校调考)如图所示,一质量为13m 的人站在质量为m 的小船甲上,以速度v 0在水面上向右运动.另一完全相同的小船乙以速率v 0从右方向左方驶来,两船在一条直线上运动,为避免两船相撞,人从甲船以一定的速率水平向右跃到乙船上,求:为能避免两船相撞,人水平跳出时相对于地面的速率至少多大?18.(2017年南昌市一模)如图所示,在光滑水平面上,A 小球以速度v 0运动,与原静止的B 小球碰撞,碰撞后A 球以v =αv 0(待定系数α<1)的速率弹回,并与挡板P 发生完全弹性碰撞,设m B =4m A ,若要求A 球能追上B 再相撞,求α应满足的条件.19.(2017年湖北八校3月模拟)如图所示,质量为3 kg 的小车A 以v 0=4 m/s 的速度沿光滑水平面匀速运动,小车左端固定的支架通过不可伸长的轻绳悬挂质量为1 kg 的小球B (可看作质点),小球距离车面0.8 m .某一时刻,小车与静止在水平面上的质量为1 kg 的物块C 发生碰撞并粘连在一起(碰撞时间可忽略),此时轻绳突然断裂.此后,小球刚好落入小车右端固定的砂桶中(小桶的尺寸可忽略),不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2.求:(1)绳未断前小球与砂桶的水平距离;(2)小车系统最终速度的大小;(3)整个系统损失的机械能.。
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2 动量守恒定律及其应用高效演练·创新预测1.(多选)如图所示,一男孩站在小车上,并和木箱一起在光滑的水平冰面上向右匀速运动,木箱与小车挨得很近。
现男孩用力向右迅速推开木箱。
在男孩推开木箱的过程中,下列说法正确的是()A.木箱的动量增量等于男孩动量的减少量B.男孩对木箱推力的冲量大小等于木箱对男孩推力的冲量C。
男孩推开木箱后,男孩和小车的速度可能变为零D。
对于小车、男孩和木箱组成的系统,推开木箱前后的总动能不变【解析】选B、C。
由于水平冰面光滑,男孩、小车和木箱组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,在站在小车上的男孩用力向右迅速推出木箱的过程中,木箱的动量增加量等于男孩和小车动量的减少量,故A错误; 男孩对木箱推力和木箱对男孩推力是作用力与反作用力,冲量等大反向,男孩对木箱推力的冲量大小等于木箱对男孩推力的冲量,故B正确;男孩、小车受到与初动量反向的冲量,推开木箱后,男孩和小车的速度可能变为零,故C正确;男孩、小车与木箱三者组成的系统所受合力为零,系统动量守恒,推开木箱的过程不可能是弹性碰撞,推开前后的总动能变化,故D错误。
2019高考物理一轮微专题系列之热点专题突破突破32 动量守恒定律的应用之碰撞问题1.分析碰撞问题的三个依据(1)动量守恒,即p 1+p 2=p 1′+p 2′。
(2)动能不增加,即E k1+E k2≥E k1′+E k2′或p 212m 1+p 222m 2≥p 1′22m 1+p 2′22m 2。
(3)速度要合理①碰前两物体同向,则v 后>v 前;碰后,原来在前的物体速度一定增大,且v 前′≥v 后′。
②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
2.弹性碰撞的规律两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒。
以质量为m 1,速度为v 1的小球与质量为m 2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有m 1v 1=m 1v 1′+m 2v 2′①12m 1v 21=12m 1v 1′2+12m 2v 2′2② 由①②得v 1′=(m 1-m 2)v 1m 1+m 2 v 2′=2m 1v 1m 1+m 2结论:(1)当m 1=m 2时,v 1′=0,v 2′=v 1,两球碰撞后交换了速度。
(2)当m 1>m 2时,v 1′>0,v 2′>0,并且v 1′<v 2′,碰撞后两球都向前运动。
(3)当m 1<m 2时,v 1′<0,v 2′>0,碰撞后质量小的球被反弹回来。
【典例1】 两个小球A 、B 在光滑水平面上沿同一直线运动,其动量大小分别为5 kg·m/s 和7 kg·m/s ,发生碰撞后小球B 的动量大小变为10 kg·m/s ,由此可知:两小球的质量之比可能为( )A.m Am B =1 B.m A m B =12C.m A m B =15D.m A m B =110 【答案】C(-5)22m A +722m B ≤1222m A +(-10)22m B。
(2)设A 、B 两小球同向运动而发生碰撞,且A 球在前,B 球在后,取两小球碰前的运动方向为参考正方向,即p A 0=5 kg·m/s ,p B 0=7 kg·m/s。
知识回顾 1.动量守恒条件(1)系统不受外力或合外力为零时,动量守恒. (2)若在某一方向合外力为0,则该方向动量守恒. 2.必须掌握动量守恒定律的两种思想 (1)守恒思想:p =p ′、m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′. (2)转化思想:Δp 1=-Δp 2.3.必须明确碰撞问题遵守的三条原则 (1)动量守恒:p 1+p 2=p 1′+p 2′. (2)动能不增加:E k1+E k2≥E k1′+E k2′. (3)速度要符合实际情况. 规律方法应用动量守恒定律解题的基本思路(1)分析题意,明确研究对象,确定所研究的系统是由哪些物体组成的.(2)对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,区分系统内力和外力,在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件判断能否应用动量守恒定律.(3)明确所研究物体间的相互作用的过程,确定过程的初、末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量. (4)规定正方向,确定初、末状态的动量的正、负号,根据动量守恒定律列方程求解. 三类碰撞的分析 (1)弹性碰撞动量守恒:m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′,机械能守恒:12m 1v 21+12m 2v 22=12m 1v ′21+12m 2v ′22. (2)完全非弹性碰撞动量守恒、末速度相同:m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v ′,机械能损失最多,机械能的损失: ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12(m 1+m 2)v ′2 (3)非弹性碰撞动量守恒:m 1v 1+m 2v 2=m 1v ′1+m 2v ′2,机械能有损失,机械能的损失: ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12m 1v ′21+12m 2v ′22例题分析【例1】 质量相等的A 、B 两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A 球的动量是7 kg·m/s ,B 球的动量是5 kg·m/s ,当A 球追上B 球发生碰撞,则碰撞后A 、B 两球的动量可能值是( ) A .p A =6 kg·m/s ,p B =6 kg·m/s B .p A =3 kg·m/s ,p B =9 kg·m/s C .p A =-2 kg·m/s ,p B =14 kg·m/s D .p A =-4 kg·m/s ,p B =17 kg·m/s 【答案】 A【例2】.(2017年江色七校联考)光滑水平轨道上有三个木块A 、B 、C ,其中A 质量为m A =3m 、C 质量为m C =2m ,开始时B 、C 均静止,A 以初速度v 0向右运动,A 与B 发生弹性碰撞后分开,B 又与C 发生碰撞并粘在一起,此后A 与B 间的距离保持不变.求B 的质量及B 与C 碰撞前B 的速度大小?【答案】m B =m ,v B =32v 0【解析】A 与B 碰撞过程动量守恒,机械能守恒,设B 的质量为m B ,则 3mv 0=3mv A +m B v B 12×3mv 20=12×3mv 2A +12m B v 2B B 、C 碰撞后与A 的速度相同,由动量守恒定律得: m B v B =(m B +2m )v A联立解得:m B =m ,v B =32v 0【例3】(2017·银川二模)A 、B 两球沿一直线运动并发生正碰,如图为两球碰撞前后的位移图像,a 、b 分别为A 、B 两球碰前的位移图像,c 为碰撞后两球共同运动的位移图像,若A 球质量是m =2 kg ,则由图判断下列结论不正确的是( )A.碰撞前后A的动量变化为4 kg·m/sB.碰撞时A对B所施冲量为-4 N·sC.A、B碰撞前的总动量为3 kg·m/sD.碰撞中A、B两球组成的系统损失的动能为10 J【答案】 C【例4】.(2017·衡水中学期末卷)如图所示,在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球A的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁.小球A与小球B发生弹性正碰后小球A与小球B均向右运动.小球B与墙壁碰撞后以原速率返回并与小球A在P点相遇,PQ=2PO,则两小球质量之比m1∶m2为()A.7∶5 B.1∶3 C.2∶1 D.5∶3【答案】 D【解析】设A、B两个小球碰撞后的速度分别为v1、v2,由动量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,发生弹性碰撞,不损失动能,故根据能量守恒定律有:12m 1v 02=12m 1v 12+12m 2v 22,两个小球碰撞后到再次相遇,其速率不变,由运动学规律有v 1∶v 2=PO ∶(PO +2PQ)=1∶5,联立三式可得m 1∶m 2=5∶3,D 项正确. 专题练习1.在光滑水平面上,质量为m 的小球A 正以速度v 0匀速运动.某时刻小球A 与质量为3m 的静止小球B 发生正碰,两球相碰后,A 球的动能恰好变为原来的14.则碰后B 球的速度大小是( )A.v 02B.v 06C.v 02或v 06 D .无法确定【答案】:A2.(2017年山东济宁期末)如图所示,一质量为M =3.0 kg 的长木板B 放在光滑水平地面上,在其右端放一个质量为m =1.0 kg 的小木块A .给A 和B 以大小均为4.0 m/s 、方向相反的初速度,使A 开始向左运动,B 开始向右运动,A 始终没有滑离B .在A 做加速运动的时间内,B 的速度大小可能是( )A .1.8 m/sB .2.4 m/sC .2.8 m/sD .3.0 m/s 【答案】:B【解析】:A 先向左减速到零,再向右做加速运动,在此期间,B 做减速运动,最终它们保持相对静止,设A 减速到零时,B 的速度为v 1,最终它们的共同速度为v 2,取水平向右为正方向,则Mv -mv =Mv 1,Mv 1=(M +m )v 2,可得v 1=83m/s ,v 2=2m/s ,所以在A 做加速运动的时间内,B 的速度大小应大于2 m/s 且小于83m/s ,只有选项B 正确.3.如图所示,光滑水平面上有大小相同的A 、B 两个小球在同一直线上运动.两球质量关系为m B =2m A ,规定向右为正方向,A 、B 两球的动量均为8 kg·m/s ,运动过程中两球发生碰撞,碰撞后A 球的动量增量为-4 kg·m/s ,则( )A .右侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为2∶3 B .右侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为1∶6C .左侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为2∶3D .左侧为A 球,碰撞后A 、B 两球的速度大小之比为1∶6 【答案】:C4.(2017年河北邯郸模拟)质量为m 、速度为v 的A 球与质量为3m 的静止的B 球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B 球的速度可能有不同的值,碰撞后B 球的速度大小可能是( ) A .0.6v B .0.4v C .0.2v D .v 【答案】:B【解析】:根据动量守恒定律得mv =mv 1+3mv 2,则当v 2=0.6v 时,v 1=-0.8v ,则碰撞后的总动能E ′k =12m (-0.8v )2+12×3m (0.6v )2=1.72×12mv 2,大于碰撞前的总动能,违反了能量守恒定律,故A 项错误;当v 2=0.4v 时,v 1=-0.2v ,则碰撞后的总动能为E ′k =12m (-0.2v )2+12×3m (0.4v )2=0.52×12mv 2,小于碰撞前的总动能,故可能发生的是非弹性碰撞,B 项正确;当v 2=0.2v 时,v 1=0.4v ,则碰撞后的A 球的速度大于B 球的速度,而两球碰撞,A 球不可能穿透B 球,故C 项错误;当v 2=v 时,v 1=-2v ,显然碰撞后的总动能大于碰撞前的总动能,故D 项错误.5.(多选)(2016年高考·天津卷改编)如图所示,方盒A 静止在光滑的水平面上,盒内有一小滑块B ,盒的质量是滑块的2倍,滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v 开始向左运动,与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞,滑块在盒中来回运动多次,最终相对于盒静止,则( )A .此时盒的速度大小为v3B .此时盒的速度大小为v2C .滑块相对于盒运动的路程为v 23μgD .滑块相对于盒运动的路程为v 22μg【答案】:AC【解析】:设滑块的质量为m ,则盒的质量为2m ,对整个过程,由动量守恒定律可得mv =3mv 共,解得v 共=v 3,A 正确.由功能关系可知μmgx =12mv 2-12·3m ⎝⎛⎭⎫v 32,解得x =v 23μg,C 正确. 6.(2017·南平模拟)如图所示,A 、B 两物体质量分别为m A 、m B ,且m A >m B ,置于光滑水平面上,相距较远.将两个大小均为F 的力,同时分别作用在A 、B 上经过相同距离后,撤去两个力,两物体发生碰撞并粘在一起后将( )A .停止运动B .向左运动C .向右运动D .运动方向不能确定 【答案】 C7.如图所示,在光滑水平面上,有A 、B 两个小球沿同一直线向右运动,若取向右为正方向,两球的动量分别是p A =5.0 kg ·m/s ,p B =7.0 kg ·m/s.已知二者发生正碰,则碰后两球动量的增量Δp A 和Δp B 可能是( )A .Δp A =-3.0 kg ·m/s ;ΔpB =3.0 kg ·m/s B .Δp A =3.0 kg ·m/s ;Δp B =3.0 kg ·m/sC .Δp A =3.0 kg ·m/s ;Δp B =-3.0 kg ·m/sD .Δp A =-10 kg ·m/s ;Δp B =10 kg ·m/s 【答案】 A【解析】 A 项,根据碰撞过程动量守恒定律,如果Δp A =-3 kg ·m/s 、Δp B =3 kg ·m/s ,所以碰后两球的动量分别为p ′A =2 kg ·m/s 、p ′B =10 kg ·m/s ,根据碰撞过程总动能可能不增加,是可能发生的,故A 项正确;B 项,两球碰撞过程,系统的动量守恒,两球动量变化量应大小相等,方向相反,若ΔP A =3 kg ·m/s ,Δp B =3 kg ·m/s ,违反了动量守恒定律,不可能,故B 项错误;C 项,根据碰撞过程动量守恒定律,如果Δp A =3 kg ·m/s 、Δp B =-3 kg ·m/s ,所以碰后两球的动量分别为p ′A =8 kg ·m/s 、p ′B =4 kg ·m/s ,由题,碰撞后,两球的动量方向都与原来方向相同,A 的动量不可能沿原方向增大,与实际运动不符,故C 项错误;D 项,如果Δp A =-10 kg ·m/s 、Δp B =10 kg ·m/s ,所以碰后两球的动量分别为p ′A =-5 kg ·m/s 、p ′B =17 kg ·m/s ,可以看出,碰撞后A 的动能不变,而B 的动能增大,违反了能量守恒定律,不可能.故D 项错误.8.如图所示,质量相等的五个物块在光滑水平面上,间隔一定距离排成一条直线.具有初动能E 0的物块1向其它4个静止的物块运动,依次发生碰撞,每次碰撞后不再分开.最后5个物块粘成一个整体.这个整体的动能等于( )A .E 0 B.45E 0 C.15E 0D.125E 0【答案】 C9.(2017·铜仁市四模)(多选)如图所示,弧形轨道置于足够长的水平轨道上,弧形轨道与水平轨道平滑连接,水平轨道上静置一小球B 和C ,小球A 从弧形轨道上离地高h 处由静止释放,小球A 沿轨道下滑后与小球B 发生弹性正碰,碰后小球A 被弹回,B 球与C 球碰撞后粘在一起,A 球弹会后再从弧形轨道上滚下,已知所有接触面均光滑,A 、C 两球的质量相等,B 球的质量为A 球质量的2倍,如果让小球A 从h =0.2 m 处静止释放,则下列说法正确的是(重力加速度为g =10 m/s 2)( )A .A 球从h 处由静止释放则最后不会与B 球再相碰 B .A 球从h 处由静止释放则最后会与B 球再相碰C .A 球从h =0.2 m 处由静止释放则C 球的最后速度为79m/sD .A 球从h =0.2 m 处由静止释放则C 球的最后速度为89 m/s【答案】 AD10.(2017·淄博一模)(多选)如图所示,在质量为M(含支架)的小车中用轻绳悬挂一小球,小球的质量为m 0,小车和小球以恒定速度v 沿光滑水平地面运动,与位于正对面的质量为m 的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短.在此碰撞过程中,下列哪个或哪些说法是可能发生的?( )A .在此过程中小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为v 1、v 2、v 3,满足(M +m 0)v =Mv 1+mv 2+m 0v 3B .在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度分别为v 1和v 2,满足(M +m 0)v =Mv 1+mv 2C .在此碰撞过程中,小球的速度不变,小车和木块的速度都变成u ,满足Mv =(M +m)uD .碰撞后小球摆到最高点时速度变为v 1,木块的速度变为v 2,满足(M +m 0)v =(M +m 0)v 1+mv 2 【答案】 CD【解析】A 项,碰撞的瞬间小车和木块组成的系统动量守恒,摆球的速度在瞬间不变,若碰后小车和木块的速度变为v 1和v 2,根据动量守恒有:Mv =Mv 1+mv 2.若碰后小车和木块速度相同,根据动量守恒定律有:Mv =(M +m)u.故C 项正确,A 、B 两项错误;D 项,碰撞后,小车和小球水平方向动量守恒,则整个过程中,系统动量守恒,则有:(M +m 0)v =(M +m 0)v 1+mv 2,故D 项正确.11.(2017·广东七校联考)(多选)如图所示,图(a)表示光滑平台上,物体A 以初速度v 0滑到上表面粗糙的水平小车上,车与水平面间的动摩擦因数不计;图(b)为物体A 与小车B 的v-t 图像,由此可知( )A .小车上表面长度B .物体A 与小车B 的质量之比C .A 与小车B 上表面的动摩擦因数D .小车B 获得的动能 【答案】 BC12.(2017·天津六校联考)质量为m B =2 kg 的木板B 静止于水平面上,质量为m A =6 kg 的物块A 停在B 的左端,质量为m C =2 kg 的小球C 用长为L =0.8 m 的轻绳悬挂在固定点O.现将小球C 及轻绳拉直至水平位置后由静止释放,小球C 在最低点与A 发生正碰,碰撞作用时间很短为Δt =10-2 s ,之后小球C 反弹所能上升的最大高度h =0.2 m .已知A 、B 间的动摩擦因数μ1=0.2,B 与水平面间的动摩擦因数μ2=0,物块与小球均可视为质点,不计空气阻力,取g =10 m/s 2.求:(1)小球C 与物块A 碰撞过程中所受的撞击力大小; (2)为使物块A 不滑离木板B ,木板B 至少多长? 【答案】 (1)1 200 N (2)0.5 m 【解析】(1)C 下摆过程,根据动能定理有:m C gL =12m C v C 2代入数据解得:碰前C 的速度v C =4 m/s ,C 反弹过程,根据动能定理有:-m C gh =0-12m C v ′C 2解得:碰后C 的速度v ′C =2 m/s取向右为正方向,对C ,根据动量定理有: -F Δt =-m C v ′C -m C v C解得:碰撞过程中C 所受的撞击力大小:F =1 200 N.13.(2017年高考·课标全国卷Ⅱ)如图,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上.某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s 的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h =0.3 m(h 小于斜面体的高度).已知小孩与滑板的总质量为m 1=30 kg ,冰块的质量为m 2=10 kg ,小孩与滑板始终无相对运动.取重力加速度的大小g =10 m/s 2.(1)求斜面体的质量;(2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩? 【答案】m 3=20 kg ; v 2=1 m/s 【解析】:(1)规定向右为速度正方向.冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度,设此共同速度为v ,斜面体的质量为m 3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得 m 2v 20=(m 2+m 3)v12m 2v 220=12(m 2+m 3)v 2+m 2gh 且v 20=-3 m/s 为冰块推出时的速度.联立上式且代入题给数据得m 3=20 kg (2)设小孩推出冰块后的速度为v 1,由动量守恒定律有 m 1v 1+m 2v 20=0代入数据得v 1=1 m/s设冰块与斜面体分离后的速度分别为v 2和v 3,由动量守恒和机械能守恒定律得m 2v 20=m 2v 2+m 3v 312m 2v 220=12m 2v 22+12m 3v 23 联立上式且代入数据得v 2=1 m/s由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方,故冰块不能追上小孩.14.(2015年高考·课标全国卷Ⅰ)如图,在足够长的光滑水平面上,物体A 、B 、C 位于同一直线上,A 位于B 、C 之间.A 的质量为m ,B 、C 的质量都为M ,三者均处于静止状态.现使A 以某一速度向右运动,求m 和M 之间应满足什么条件,才能使A 只与B 、C 各发生一次碰撞.设物体间的碰撞都是弹性的.【答案】(5-2)M ≤m <M如果m >M ,第一次碰撞后,A 与C 速度同向,且A 的速度小于C 的速度,不可能与B 发生碰撞;如果m =M ,第一次碰撞后,A 停止,C 以A 碰前的速度向右运动,A 不可能与B 发生碰撞;所以只需考虑m <M 的情况.第一次碰撞后,A 反向运动与B 发生碰撞.设与B 发生碰撞后,A 的速度为v A 2,B 的速度为v B 1,同样有v A 2=m -M m +M v A 1=(m -M m +M )2v 0⑤ 根据题意,要求A 只与B 、C 各发生一次碰撞,应有v A 2≤v C 1⑥联立④⑤⑥式得m 2+4mM -M 2≥0⑦解得m≥(5-2)M⑧另一解m≤-(5+2)M舍去.所以,m和M应满足的条件为(5-2)M≤m<M⑨15.两块厚度相同的木块A和B,紧靠着放在光滑的水平面上,其质量分别为m A=0.5 kg,m B=0.3 kg,它们的下底面光滑,上表面粗糙;另有一质量m C=0.1 kg的滑块C(可视为质点),以v C=25 m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面,如图7-2-4所示,由于摩擦,滑块最后停在木块B上,B和C的共同速度为3.0 m/s,求:(1)木块A的最终速度v A;(2)滑块C离开A时的速度v′C.【答案】2.6 m/s;4.2 m/s.(2)为计算v′C我们以B、C为系统,C滑上B后与A分离,C、B系统水平方向动量守恒.C离开A时的速度为v′C,B与A的速度同为v A,由动量守恒定律有m B v A+m C v′C=(m B+m C)v B∴v′C=m B+m C v B-m B v Am C=+-0.3×2.60.1m/s=4.2 m/s.16.如图所示,光滑的水平地面上有一质量为M=3 kg的木板,其左端放有一可看成质点、质量为m=1 kg 的重物,右方有一竖直的墙.重物与木板间的动摩擦因数为μ=0.5.使木板与重物以共同的速度v0=6 m/s向右运动,某时刻木板与墙发生碰撞,经Δt=0.1 s木板以v1=4 m/s的速度返回,重力加速度为g=10 m/s2.求:(1)墙壁对木板的平均作用力;(2)板与墙作用时间很短,忽略碰撞过程中重物的速度变化.若重物不从木板上掉下来,木板的最小长度.(3)木板与墙壁碰撞后,系统产生的内能;(4)木板与墙壁碰撞后,重物向右移动的最大位移.【答案】F =305 N ;L =7.5 m ;37.5 J ;x =3.6 m【解析】 (1)设向左为正方向,板碰后速度为v 1,由动量定理有:(F -μmg )Δt =Mv 1-(-Mv 0)代入数据可求得F =305 N(3)设向左为正方向,重物与木板组成的系统动量守恒:Mv 1-mv 0=(M +m )v 共v 共=1.5 m/s由能量守恒得:ΔE =12Mv 21+12mv 20-12(M +m )v 2共=37.5 J (4)设向左为正方向,当重物速度为零时向右的位移最大,系统动量守恒:Mv 1-mv 0=Mv 2对木板列动能定理:-μmgx =12Mv 22-12Mv 21x =3.6 m17.(2017年湖北六校调考)如图所示,一质量为13m 的人站在质量为m 的小船甲上,以速度v 0在水面上向右运动.另一完全相同的小船乙以速率v 0从右方向左方驶来,两船在一条直线上运动,为避免两船相撞,人从甲船以一定的速率水平向右跃到乙船上,求:为能避免两船相撞,人水平跳出时相对于地面的速率至少多大?【答案】v =257v 0.18.(2017年南昌市一模)如图所示,在光滑水平面上,A 小球以速度v 0运动,与原静止的B 小球碰撞,碰撞后A 球以v =αv 0(待定系数α<1)的速率弹回,并与挡板P 发生完全弹性碰撞,设m B =4m A ,若要求A 球能追上B 再相撞,求α应满足的条件.【答案】13<α≤35. 【解析】:A 、B 碰撞过程,以v 0方向为正方向,由动量守恒定律得m A v 0=-m A αv 0+m B v BA 与挡板P 碰撞后能追上B 发生再碰的条件是αv 0>v B得α>13碰撞过程中损失的机械能ΔE k =12m A v 20-⎣⎡⎦⎤12m A αv 02+12m B v 2B ≥0 得-1≤α≤35所以α满足的条件是13<α≤35. 19.(2017年湖北八校3月模拟)如图所示,质量为3 kg 的小车A 以v 0=4 m/s 的速度沿光滑水平面匀速运动,小车左端固定的支架通过不可伸长的轻绳悬挂质量为1 kg的小球B(可看作质点),小球距离车面0.8 m.某一时刻,小车与静止在水平面上的质量为1 kg的物块C发生碰撞并粘连在一起(碰撞时间可忽略),此时轻绳突然断裂.此后,小球刚好落入小车右端固定的砂桶中(小桶的尺寸可忽略),不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2.求:(1)绳未断前小球与砂桶的水平距离;(2)小车系统最终速度的大小;(3)整个系统损失的机械能.【答案】0.4 m;v2=3.2 m/s;ΔE=14.4 J.。
第2讲 动量守恒定律 碰撞 爆炸 反冲1.(2015·高考福建卷)如图,两滑块A 、B 在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A 的质量为m ,速度大小为2v 0,方向向右,滑块B 的质量为2m ,速度大小为v 0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( )A .A 和B 都向左运动B .A 和B 都向右运动C .A 静止,B 向右运动D .A 向左运动,B 向右运动解析:选D.选向右为正方向,则A 的动量p A =m ·2v 0=2mv 0,B 的动量p B =-2mv 0.碰前A 、B 的动量之和为零,根据动量守恒,碰后A 、B 的动量之和也应为零,可知四个选项中只有选项D 符合题意.2.2017年7月9日,斯诺克世界杯在江苏无锡落下帷幕,由丁俊晖和梁文博组成的中国A 队在决赛中1比3落后的不利形势下成功逆转,最终以4比3击败英格兰队,帮助中国斯诺克台球队获得了世界杯三连冠.如图为丁俊晖正在准备击球,设在丁俊晖这一杆中,白色球(主球)和花色球碰撞前、后都在同一直线上运动,碰前白色球的动量p A =5 kg ·m/s ,花色球静止,白色球A 与花色球B 发生碰撞后,花色球B 的动量变为p ′B =4 kg ·m/s ,则两球质量m A 与m B 间的关系可能是( )A .mB =m AB .m B =14m AC .m B =16m AD .m B =6m A解析:选A.由动量守恒定律得p A +p B =p ′A +p ′B ,解得p ′A =1 kg ·m/s ,根据碰撞过程中总动能不增加,则有p 2A 2m A ≥p ′2A 2m A +p ′2B 2m B ,代入数据解得m B ≥23m A ,碰后两球同向运动,白色球A 的速度不大于花色球B 的速度,则p ′A m A ≤p ′B m B ,解得m B ≤4m A ,综上可得23m A ≤m B ≤4m A ,选项A 正确. 3.如图所示,在光滑水平面上有一辆质量M =8 kg 的平板小车,车上有一个质量m =1.9 kg 的木块,木块距小车左端6 m(木块可视为质点),车与木块一起以v =1 m/s 的速度水平向右匀速行驶.一颗质量m 0=0.1 kg的子弹以v 0=179 m/s 的初速度水平向左飞,瞬间击中木块并留在其中.如果木块刚好不从车上掉下,求木块与平板小车之间的动摩擦因数μ(g =10 m/s 2).解析:设子弹射入木块后的共同速度为v 1,以水平向左为正方向,则由动量守恒定律有 m 0v 0-mv =(m +m 0)v 1①代入数据解得v 1=8 m/s. 它们恰好不从小车上掉下来,则它们相对平板车滑行s =6 m 时,它们跟小车具有共同速度v 2,则由动量守恒定律有(m +m 0)v 1-Mv =(m +m 0+M )v 2② 由能量守恒定律有Q =μ(m +m 0)gs =12(m +m 0)v 21+12Mv 2-12(m +m 0+M )v 22 ③联立①②③并代入数据解得μ=0.54.答案:0.544.(2015·高考全国卷Ⅱ)两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动,并发生碰撞;碰撞后两者粘在一起运动;经过一段时间后,从光滑路段进入粗糙路段.两者的位置x 随时间t 变化的图象如图所示.求:(1)滑块a 、b 的质量之比;(2)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比.解析:(1)设a 、b 的质量分别为m 1、m 2,a 、b 碰撞前的速度为v 1、v 2.由题给图象得v 1=-2 m/s① v 2=1 m/s ②a 、b 发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度为v .由题给图象得v =23m/s③ 由动量守恒定律得m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v④ 联立①②③④式得m 1∶m 2=1∶8.⑤(2)由能量守恒得,两滑块因碰撞而损失的机械能为ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12(m 1+m 2)v 2 ⑥ 由图象可知,两滑块最后停止运动.由动能定理得,两滑块克服摩擦力所做的功为W =12(m 1+m 2)v 2⑦ 联立⑥⑦式,并代入题给数据得 W ∶ΔE =1∶2.答案:(1)1∶8 (2)1∶2。
动量守恒定律在碰撞问题中的应用碰撞是物体之间发生相互作用的过程,它在我们生活和科学研究中都具有重要的意义。
动量守恒定律是描述碰撞过程中物体动量变化的基本原理。
本文将探讨动量守恒定律在碰撞问题中的应用。
一、弹性碰撞弹性碰撞是指碰撞过程中,物体之间没有发生能量损失而且动量守恒。
弹性碰撞在实际应用中有很多例子,例如弹珠撞击、球类运动等。
以弹性碰撞的例子来说明动量守恒定律的应用:考虑两个质量分别为m1和m2的物体A、B在一条直线上发生弹性碰撞。
在碰撞前A的速度为v1,B的速度为v2。
根据动量守恒定律,碰撞后A、B的速度分别为v1'和v2',则有以下方程成立:m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'通过这个方程我们可以解出碰撞后两个物体的速度,从而求解出碰撞后物体的运动情况。
二、完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞是指碰撞过程中物体之间发生粘连或者产生能量损耗,动量守恒定律仍然适用。
在实际生活中,完全非弹性碰撞的例子包括车辆碰撞、物体碰撞而粘连在一起等。
考虑两个质量为m1和m2的物体A、B在一条直线上发生完全非弹性碰撞。
在碰撞前A的速度为v1,B的速度为v2。
设碰撞后粘连重心速度为v',则根据动量守恒定律,有以下方程成立:m1v1 + m2v2 = (m1 + m2)v'通过解这个方程,我们可以求得碰撞后粘连重心的速度v',进而推导出碰撞后A、B的速度。
三、碰撞中的应用举例1. 球体碰撞球类运动是我们经常见到的运动形式,其中碰撞是球类运动中最为常见的情况。
我们可以利用动量守恒定律解决球体碰撞问题。
例如,在台球场景中,当一球击打另一球,碰撞前后两球的质量和速度都是已知的。
根据动量守恒定律以及反弹角度的垂直性质,可以求解出碰撞后两球的速度和方向。
2. 车辆碰撞车辆碰撞是交通事故中的典型问题。
碰撞发生时,车辆的动量会发生变化,影响车辆的运动轨迹和速度。
突破32 动量守恒定律的应用之碰撞问题1.分析碰撞问题的三个依据(1)动量守恒,即p 1+p 2=p 1′+p 2′。
(2)动能不增加,即E k1+E k2≥E k1′+E k2′或p 212m 1+p 222m 2≥p 1′22m 1+p 2′22m 2。
(3)速度要合理①碰前两物体同向,则v 后>v 前;碰后,原来在前的物体速度一定增大,且v 前′≥v 后′。
②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
2.弹性碰撞的规律两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒。
以质量为m 1,速度为v 1的小球与质量为m 2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有m 1v 1=m 1v 1′+m 2v 2′①12m 1v 21=12m 1v 1′2+12m 2v 2′2② 由①②得v 1′=(m 1-m 2)v 1m 1+m 2 v 2′=2m 1v 1m 1+m 2结论:(1)当m 1=m 2时,v 1′=0,v 2′=v 1,两球碰撞后交换了速度。
(2)当m 1>m 2时,v 1′>0,v 2′>0,并且v 1′<v 2′,碰撞后两球都向前运动。
(3)当m 1<m 2时,v 1′<0,v 2′>0,碰撞后质量小的球被反弹回来。
【典例1】 两个小球A 、B 在光滑水平面上沿同一直线运动,其动量大小分别为 5 kg·m/s 和7 kg·m/s,发生碰撞后小球B 的动量大小变为10 kg·m/s,由此可知:两小球的质量之比可能为( )A.m Am B =1B.m A m B =12C.m A m B =15D.m A m B =110【答案】C(-5)22m A +722m B ≤1222m A +(-10)22m B。
(2)设A 、B 两小球同向运动而发生碰撞,且A 球在前,B 球在后,取两小球碰前的运动方向为参考正方向,即p A 0=5 kg·m/s,p B 0=7 kg·m/s。
根据“运动制约”,小球B 在碰后动量欲增大,其动量方向必与原动量方向相反,即p B =-10 kg·m/s。
根据“动量制约”,小球A 在碰后动量必为p A =22 kg·m/s,而这样的碰撞结果显然也违背“动能制约”,因为显然也有:522m A +722m B ≤2222m A +(-10)22m B。
(3)设A 、B 两小球同向运动而发生碰撞,且B 球在前,A 球在后,仍取两个小球碰前的运动方向为参考正方向,即p A 0=5 kg·m/s,p B 0=7 kg·m/s。
根据“运动制约”,小球B 在碰后动量欲增大,其动量方向必与原动量方向相同,即p B =10 kg·m/s。
根据“动量制约”,小球A 在碰后动量必有p A =2 kg·m/s,而这样的碰撞结果完全可以不违背“动能制约”,只要有:522m A +722m B ≥222m A +1022m B ,即m A m B ≤717。
仍然根据“运动制约”,为了保证碰前小球A 能追上小球B 而发生碰撞,同时为了保证碰后小球A 不至于超越到小球B 的前面,应分别有:5m A >7m B ,2m A ≤10m B 。
综上可知15≤m A m B ≤717,C正确。
【典例2】如图,水平地面上有两个静止的小物块a 和b ,其连线与墙垂直;a 和b 相距l ,b 与墙之间也相距l ;a 的质量为m ,b 的质量为34m .两物块与地面间的动摩擦因数均相同.现使a 以初速度v 0向右滑动,此后a 与b 发生弹性碰撞,但b 没有与墙发生碰撞.重力加速度大小为g .求物块与地面间的动摩擦因数满足的条件.【答案】:32v 20113gl ≤μ<v 22gl12mv 21=12mv ′21+12⎝ ⎛⎭⎪⎫3m 4v ′22 ⑤ 联立④⑤式解得v ′2=87v 1⑥由题意,b 没有与墙发生碰撞,由功能关系可知 12⎝ ⎛⎭⎪⎫3m 4v ′22≤μ3m4gl ⑦ 联立③⑥⑦式,可得μ≥32v 2113gl⑧联立②⑧式,可得a 与b 发生弹性碰撞,但b 没有与墙发生碰撞的条件为32v 20113gl ≤μ<v 22gl .【跟踪短训】1. 质量为m 、速度为v 的A 球与质量为3m 的静止B 球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B 球的速度可能有不同的值.碰撞后B 球的速度大小可能是( ).A .0.6vB .0.4vC .0.2vD .v【答案】 B2.质量为m 的小球A 以速度v 0在光滑水平面上运动,与质量为2m 的静止小球B 发生对心碰撞,则碰撞后小球A 的速度大小v A 和小球B 的速度大小v B 可能为( ).A .v A =13v 0,vB =23v 0B .v A =25v 0,v B =710v 0C .v A =14v 0,v B =58v 0D .v A =38v 0,v B =516v 0【答案】 AC【解析】 两球发生对心碰撞,应满足动量守恒及能量不增加,且后面的小球不能与前面的小球有二次碰撞,故D 错误;根据动量守恒定律可得,四个选项都满足,但碰撞前总动能为12mv 20,而B 选项中碰撞后能量增加,B 错误,故A 、C 正确.3. (多选)质量为m 的小球A ,沿光滑水平面以v 0的速度与质量为2m 的静止小球B 发生正碰,碰撞后A 球的动能变为原来的19,那么小球B 的速度可能是( )A.13v 0B.23v 0C.49v 0D.59v 0 【答案】 AB【解析】 根据E k =12mv 2,碰撞后A 球的动能变为原来的19,则A 的速度变为v A ′=±13v 0,正、负表示方向有两种可能。
机械能守恒说明碰撞是弹性碰撞。
4.两球A 、B 在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,m A =1 kg ,m B =2 kg ,v A =6 m/s ,v B =2 m/s.当A 追上B 并发生碰撞后,两球A 、B 速度的可能值是( )A .v ′A =5 m/s ,v ′B =2.5 m/s B .v ′A =2 m/s ,v ′B =4 m/sC .v ′A =-4 m/s ,v ′B =7 m/sD .v ′A =7 m/s ,v ′B =1.5 m/s 【答案】B.【解析】 虽然题中四个选项均满足动量守恒定律,但A 、D 两项中,碰后A 的速度v ′A大于B 的速度v ′B ,必然要发生第二次碰撞,不符合实际;C 项中,两球碰后的总动能E ′k =12m A v ′2A +12m B v ′2B =57 J ,大于碰前的总动能E k =22 J ,违背了能量守恒定律;而B 项既符合实际情况,也不违背能量守恒定律,故B 项正确.5.(多选) A 、B 两球沿一直线运动并发生正碰,如图所示为两球碰撞前、后的位移随时间变化的图象,a 、b 分别为A 、B 两球碰前的位移随时间变化的图象,c 为碰撞后两球共同运动的位移随时间变化的图象,若A 球质量是m =2 kg ,则由图判断下列结论正确的是( )A .碰撞前、后A 球的动量变化量为4 kg·m/sB .碰撞时A 球对B 球所施的冲量为-4 N·sC .A 、B 两球碰撞前的总动量为3 kg·m/sD .碰撞中A 、B 两球组成的系统损失的动能为10 J 【答案】ABD.6. 2017年7月9日,斯诺克世界杯在江苏无锡落下帷幕,由丁俊晖和梁文博组成的中国A 队在决赛中1比3落后的不利形势下成功逆转,最终以4比3击败英格兰队,帮助中国斯诺克台球队获得了世界杯三连冠.如图为丁俊晖正在准备击球,设在丁俊晖这一杆中,白色球(主球)和花色球碰撞前、后都在同一直线上运动,碰前白色球的动量p A =5 kg·m/s,花色球静止,白色球A 与花色球B 发生碰撞后,花色球B 的动量变为p ′B =4 kg·m/s,则两球质量m A 与m B 间的关系可能是( )A .mB =m A B .m B =14m AC .m B =16m AD .m B =6m A【答案】A.【解析】 由动量守恒定律得p A +p B =p ′A +p ′B ,解得p ′A =1 kg·m/s,根据碰撞过程中总动能不增加,则有p 2A 2m A ≥p ′2A 2m A +p ′2B2m B ,代入数据解得m B ≥23m A ,碰后两球同向运动,白色球A 的速度不大于花色球B 的速度,则p ′A m A ≤p ′B m B ,解得m B ≤4m A ,综上可得23m A ≤m B ≤4m A ,选项A 正确.7.如图所示,在高为h =5 m 的平台右边缘上,放着一个质量M =3 kg 的铁块,现有一质量为m =1 kg 的钢球以v 0=10 m/s 的水平速度与铁块在极短的时间内发生正碰被反弹,落地点距离平台右边缘的水平距离为L =2 m ,已知铁块与平台之间的动摩擦因数为0.5,求铁块在平台上滑行的距离s (不计空气阻力,铁块和钢球都看成质点,取g =10 m/s 2).【答案】 1.6 m【解析】 设钢球反弹后的速度大小为v 1,铁块的速度大小为v ,碰撞时间极短,系统动量守恒,则mv 0=Mv -mv 1①钢球做平抛运动L =v 1t ②h =12gt 2③由①②③解得t =1 s ,v 1=2 m/s ,v =4 m/s 铁块做匀减速直线运动,由μMg =Ma 解得加速度大小a =5 m/s 2最终速度为0,则其运行时间t ′=v a=0.8 s 所以铁块在平台上滑行的距离s =vt ′2=1.6 m8.如图所示,光滑水平轨道上有三个木块A 、B 、C ,质量分别为m A =3m 、m B =m C =m ,开始时,B 、C 均静止,A 以初速度v 0向右运动,A 与B 碰撞后分开,B 又与C 发生碰撞并粘在一起,此后A 与B 间的距离保持不变.求B 与C 碰撞前B 的速度大小.【答案】 65v 0。