追击中的碰撞问题分类解析

 

研究碰撞问题是应用动量守恒定律解决实际问题的一个重要内容,碰撞类型很多,碰撞情景也多种多样。但解决碰撞问题的基本思路却比较简单,主要是以下三个知识点(以两球碰撞为例):1。碰撞过程动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′或ΔP1=-ΔP2   2。碰撞类型中最理想的碰撞是弹性碰撞,没有机械能的损失,故碰撞过程机械能不可能增加,即   3。碰撞结果必须与实际情况相符合,如不可能出现两球相碰后同向运动时,在后运动的物体的速度比在前运动的物体的速度大;也不可能出现两球相向碰撞后,速度方向都没有发生变化等。解决碰撞问题只要灵活掌握这三个原则,问题一般都可迎刃而解。下面以追击中的碰撞问题为例进行分类解析。

 

一.求碰撞后的速度问题

例1.两球A、B在光滑的水平面上沿同一直线、同一方向运动,mA=1Kg,mB=2kg,vA=6 m/s,vB=2 m/s,当球A追上球B并发生碰撞后A、B两球的速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正):(   )

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A. vA′=5m/s    vB′=2.5m/s           B。. vA′=2m/s    vB′=4m/s                    

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C. vA′=-4m/s  vB′=7m/s             D。. vA′=7m/s    vB′=1.5m/s

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〔分析与解答〕从题意分析,球A追上球B发生碰撞,结合实际情况,B球速度一定沿正方向且增加,并且碰后A球速度应小于或等于B球速度,即vAvB′。A、D选项中在后运动的球A速度都比在前运动的球B的速度大,故 A、D选项不正确。B、C选项既与实际情况相符合,又都满足动量守恒,好像都符合题意,但从总动能不可能增加来看,碰前总动能EK                                     B选项中碰后总动能EK,故B选项正确。C选项碰后的总动能为57J大于22J,故C选项错误。综合分析本题只有B选项正确。

 

 

二.求碰撞后的动量

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例2.A、B两小球在光滑水平面上沿同一直线向同一方向运动,A球的动量为5 kg?m/s,B球的动量是7 kg?m/s,当A球追上B球发生碰撞, 则碰撞后A、B两球动量的可能值为: (    )  

A.pA′=6 kg?m/s   pB′=6 kg?m/s        B。pA′=3 kg?m/s   pB′=9kg?m/s

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C.pA′=-2 kg?m/s   pB′=14 kg?m/s     D.pA′=-5 kg?m/s   pB′=17kg?m〔分析与解答〕由于A追上B发生碰撞,所以可知vA>vB且碰后 vB′>vB vBv,即pB′>pB,故可排除选项A。从动量守恒来看,BCD选项都满足pA+pB=pA′+p′,再从总动能不可能增加来看,因为vB′>vB 所以,即vA<vA,-vA< vA′< vA,从而有-pA< pA′< pA,即-5 kg?m/s < pA′< 5 kg?m/s,因此排除D选项。综合分析本题正确答案为B,C。

 

 

三.求碰撞后动量的变化

例3:在光滑水平面上,有A、B两个小球沿同一直线向右运动,已知碰撞前两球的动量分别为pA=12 kg?m/s  , pB=13kg?m/s,碰撞后它们动量的变化是ΔPA 与ΔPB ,有可能的是:( )

A.ΔPA=-3 kg?m/s  ΔPB3kg?m/s      B.ΔPA4 kg?m/s  ΔPB=-4kg?m/s

C.ΔPA=-5 kg?m/s  ΔPB5kg?m/s      D.ΔPA=-24 kg?m/s  ΔPB24kg?m/s

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〔分析与解答〕初一看四个选项,都满足动量守恒,ΔP=-ΔP,由于A、B两球同向运动,A与B发生碰撞必有vA>vB vB′>vB,所以有ΔPB>0,因而ΔPA<0,故可排除选项B。又由动能关系,因为vB′>vB 所以,即vA<vA,-vA< vA′< vA,从而得出

-2vA< vA′-vA<0,即-2mvA<mΔvA<0,-2pA<ΔpA <0,由此可排除D选项,综合分析本题正确答案为A,C。

 

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四.求碰撞两球的质量比

例4.甲乙两球在水平光滑轨道上同方向运动,已知它们的动量分别为P=5 kg?m/s

,P=7kg?m/s,甲从后面追上乙并发生碰撞,碰撞后乙球动量变为10 kg?m/s,则两球质量m甲与m乙的可能关系是: ( )

A。m=m    B。m=2m

C。m=4m    D。m=6m

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〔分析与解答〕从题意看,甲球从后面追上乙,说明V>V,即,所以,排除A选项。碰撞动量守恒P+P=P′+P′,代入数值得P′=2kg?m/s,碰后从实际情况分析,V′,即,所以,因此可排除D选项。再从能量角度分析有:,即 ,因此可排除B选项。综合分析本题只有C答案正确。

 

 

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