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高中物理第十六章动量守恒定律4碰撞分类与规律总结素材选修35教案.doc

1、碰撞 碰撞分类与规律总结 弹性碰撞 a 是指没有机械能损失的碰撞,即碰撞过程动量守恒,碰撞前后总动能不变。 b 可根据以上两方面(动量守恒,碰撞前后总动能不变)列式求解碰撞后的各自的速度。 设质量分别为m1、m2的物体,碰撞前两物体的速度分别为v1、v2,发生无机械能损失的对心正碰,碰后速度分别为v1´、v2´。 则由动量守恒与机械能守恒可得m1v1+m2v2=m1v1´+m2v2´ m1v12+m2v22=m1 v1´2+m2 v2´2 由以上两式联立可得 v1´= v2´= 以上二式

2、的作为二级结论使用,注意式中的各速度均为矢量,使用时要先规定正方向。 有关讨论 1 当m1=m2,v2=0时,一动碰一静,由以上两式可知, v1´=0 v2´=v1,即速度交换。 2 当m1≠m2,v2=0时,一动碰一静,由以上两式可知, v1´= v2´= 以V1的方向为正 ① 当m1>m2时,得v1´>0, v2´> v1´,即有:大碰小,大的继续跑,小的速度大,大的速度小。(质量大的碰质量小的,碰后质量大的与质量小的都沿同一方向跑,且小的在前,速度更快。) ②当m1

3、的速度变大,小的速度变小。(质量小的碰质量大的,小的以比原来小的速度返回,大的沿小的原来的运动方向跑。且动量比原来小的动量更大) 注意 以上结论仅对于弹性碰撞适用。 完全非弹性碰撞 即碰撞粘合,此种情况下机械能的损失率最大, 一般非弹性碰撞 一般非弹性碰撞的结果介于弹性碰撞与完全非弹性碰撞之间 二 碰撞结果的判断 例1 A B实际情况的碰撞结果判断,要考虑到以下几个方面 1 动量守恒 2总动能不增加 3 符合实际(如 一动一静的碰撞:原来运动的物体碰后速度不可能比原来大;质量大的碰撞质量小的,碰后质量小的物体速度不可能比质量大的物体小,

4、即不可能发生第二次碰撞。) 例:两个物体在光滑的水平面上沿同一直线,同一方向运动。已知PA=5kg·m/s,PB=7kg·m/s,二者发生碰撞,碰后PB´=10㎏·m/s, 由此可知两物体的质量关系可能为( ) A mA=mB B mA=2mB C mA=4mB D mA=6mB 题目没有给出两物体的碰撞是什么性质的碰撞,所以我们要综合考虑。由题中的数据可看出,B的动量增加了,即可知是A追上B发生了碰撞,即VA>VB, 即> 由动量守恒可得碰后PA´=2kg·m/s, 又由总动能不增加与动能动量关系 可得+≥+ 由实际情况可得,碰后的速度关

5、系V´A < V´B,即< 联立以上不等式,并取交集,可得四个选项中只的C项正确。 三 类碰撞分析 有题目中,我们可以把物体间的相互作用过程当作碰撞来处理,我们称之为类碰撞。即利用碰撞规律来分析问题,有时会收到事半功倍的效果 例3 如图所示,在光滑的水平面上,用轻质弹簧连接的两物体A 、B保 持静止最初弹簧为原长,已知mA > mB,现使A获得一水平向右的速度V0,则( ) A 弹簧第一次恢复原长时, A的速度一定向左。 B 弹簧最长与弹簧最短时,A、B的速度相同。 C 弹簧原长时,A的速度只有两个不同的值。 D 弹簧最

6、短时的压缩量与弹簧最长时的伸长量一定相同。 解 正确答案BCD 该题如果按常规方法由受力与运动过程来分析,难度较大,我们不妨把这个问题当作碰撞来处理,在A从接触弹簧到弹簧第一次恢复原长,这个过程认为A以一定速度碰撞B的过程,即弹簧第一次恢复原长时,这一过程结束,而且,AB的碰撞是通过弹簧发生的,可以认为碰撞过程经历的时间被弹簧延长了,并且没有机械能的损失,这样,我们就把A从接触弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程认为质量大的A以一定速度碰撞B的过程,由上面的分析可知,“碰后”A的速度仍然向右,而B的速度也向右,且速度比A大。所以A选项错误;弹簧最短与最长时A与B的距离最小与最大,由追及问题可知,

7、速度相同时,距离有最值。即弹簧最短与最长时A、B的速度相同。所以B选项正确;设弹簧再次原长时的速度分别为v1与v2,则由动量守恒与机械能守恒得mAv0=mAv1+mBv2 mAv02=mAv12+mBv22 由数学知识可知,该方程组只有两对解,即弹簧原长时AB的速度吸有两个不同的值,即初状态与弹簧第一次原长的状态,我们可以知道,以后弹簧第奇数次原长的状态与最初状态相同,第偶数次原长的状态与第一次原长时的状态相同。所以C选项正确,由于弹簧最短与最长时A、B的速度相同,即弹簧最短与最长时系统的总动能与初状态相比,动能的减少量相同,即两种情况下弹簧的弹性势能相同,所以弹簧的形变量相同,即选项D正确。 第 5 页

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