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动量守恒定律碰撞与反冲

动量守恒定律碰撞与反冲Last revision on 21 December 2020碰撞与反冲【自主预习】1.如果碰撞过程中机械能守恒,这样的碰撞叫做________。

2.如果碰撞过程中机械能不守恒,这样的碰撞叫做________。

3.一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在________,碰撞之后两球的速度________会沿着这条直线。

这种碰撞称为正碰,也叫________碰撞。

4.一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上,碰撞之后两球的速度都会________原来两球心的连线。

这种碰撞称为________碰撞。

5.微观粒子相互接近时并不发生直接接触,因此微观粒子的碰撞又叫做________。

6. 弹性碰撞和非弹性碰撞从能量是否变化的角度,碰撞可分为两类:(1)弹性碰撞:碰撞过程中机械能守恒。

(2)非弹性碰撞:碰撞过程中机械能不守恒。

说明:碰撞后,若两物体以相同的速度运动,此时损失的机械能最大。

7.弹性碰撞的规律质量为m1的物体,以速度v1与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞,设碰撞后它们的速度分别为v′1和v′2,碰撞前后的速度方向均在同一直线上。

由动量守恒定律得m1v1=m1v′1+m2v′2由机械能守恒定律得12m1v21=12m1v′21+12m2v′22联立两方程解得v′1=m1-m2m1+m2v1,v′2=2m1m1+m2v1。

(2)推论①若m1=m2,则v′1=0,v′2=v1,即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度。

惠更斯早年的实验研究的就是这种情况。

②若m1m2,则v′1=v1,v′2=2v1,即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞,前者速度不变,后者以前者速度的2倍被撞出去。

③若m1m2,则v′1=-v1,v′2=0,即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞,前者以原速度大小被反弹回去,后者仍静止。

乒乓球落地反弹、台球碰到桌壁后反弹、篮球飞向篮板后弹回,都近似为这种情况。

【典型例题】【例1】在光滑水平面上有三个完全相同的小球,它们成一条直线,2、3小球静止,并靠在一起,1球以速度v0射向它们,如图16-4-2所示。

设碰撞中不损失机械能,则碰后三个小球的速度可能是( )A.v1=v2=v3=13v0 B.v1=0,v2=v3=12v0C.v1=0,v2=v3=12v0 D.v1=v2=0,v3=v0【例2】一个物体静置于光滑水平面上,外面扣一质量为M的盒子,如图16-4-3所示。

现给盒子一初速度v0,此后,盒子运动的v-t图象呈周期性变化,如图16-4-4所示。

请据此求盒内物体的质量。

【例3】甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动,已知它们的动量分别是p甲=5 kg·m/s,p乙=7 kg·m/s,甲追上乙并发生碰撞,碰后乙球的动量变为p乙′=10kg·m/s,则两球质量m甲、m乙的关系可能是( )A.m乙=m甲B.m乙=2m甲 C.m乙=4m甲D.m乙=6m甲【例4】长度1m的轻绳下端挂着一质量为9.99kg的沙袋,一颗质量为10g的子弹以500m/s的速度水平射入沙袋,求在子弹射入沙袋后的瞬间,悬绳的拉力是多大(设子弹与沙袋的接触时间很短,g取10m/s2)【课堂练习】1、光滑水平面上的两个物体发生碰撞,下列情形可能成立的是( )A.碰撞后系统的总动能比碰撞前小,但系统的总动量守恒B.碰撞前后系统的总动量均为零,但系统的总动能守恒C.碰撞前后系统的总动能均为零,但系统的总动量不为零D.碰撞前后系统的总动量、总动能均守恒2、在光滑水平面上有A、B两小球。

A球动量是10kg·m/s,B球的动量是12kg·m/s,在A球追上B球时发生正碰,碰撞后A球的动量变为8kg·m/s,方向和原来相同,则AB两球的质量之比可能为 ( )A. B. C. D.3、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动,A球的动量是7kg·m/s,B球的动量是5kg·m/s,A球追上B球时发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是 ( )A.pA =6kg·m/s,PB=6kg·m/s B.pA=3kg·m/s,PB=9kg·m/sC.pA =-2kg·m/s,PB=14kg·m/s D.pA=-5kg·m/s,PB=15kg·m/s4、在光滑水平面上相向运动的A、B两小球发生正碰后一起沿A原来的速度方向运动,这说明原来 ( )A.A球的质量一定大于B球的质量 B.A球的速度一定大于B球的速度C.A球的动量一定大于B球的动量 D.A球的动能一定大于B球的动能5、在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球,它们的动能相等,已知甲球的质量大于乙球的质量,它们发生正碰后可能发生的情况是 ( )A.甲球停下,乙球反向运动 B.甲球反向运动,乙球停下C.甲球、乙球都停下 D.甲球、乙球都反向运动6、在光滑水平面上,动能为E0、动量大小为p的小球A与静止的小球B发生正碰,碰撞前后A球的运动方向与原来相反,将碰撞后A球的动能和动量大小分别记为E1、p1,B球的动能和动量大小分别记为E2、p2,则必有( )A.E>E1B.E<E2C.p>p1D.p<p27、质量为m的小球A,在光滑的水平面上以速度v与静止在光滑水平面上的质量为2m的小球B发生正碰,碰撞后,A球的动能变为原来的1/9,则碰撞后B球的速度大小可能是( )A.1/3v B.2/3v C.4/9v D.8/9v8、在光滑水平面上有一质量为0.2kg的球以5m/s的速度向前运动,与质量为3kg的静止木块发生碰撞,设碰撞后木块的速度v2=4.2m/s,则 ( )A.碰撞后球的速度v1=-1.3m/sB.v2=4.2m/s这一假设不合理,因而这种情况不可能发生C.v2=4.2m/s这一假设是合理,碰撞后小球被弹回D.v2=4.2m/s这一假设是可能发生的,但由于题目条件不足,因而碰后球的速度不能确定9.三个相同的木块A、B、C从同一高度处自由下落,其中木块A刚开始下落的瞬间被水平飞来的子弹击中,木块B在下落到一定高度时,才被水平飞来的子弹击中,木块C未受到子弹打击。

若子弹均留在木块中,则三木块下落的时间t A、t B、t C的关系是( )A.t A<t B<t C B.t A>t B<t C C.t A=t C<t B D.t A=t B<t C10.如图4-3所示,P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰,碰后P物体静止,Q 物体以P物体碰前的速度v离开,已知P与Q质量相等,弹簧质量忽略不计,那么当弹簧被压缩至最短时,下列结论中正确的是( )A.P的速度恰好为零 B.P与Q具有相同的速度C.Q刚开始运动 D.Q的速度等于v11.如图所示,三个可视为质点的物块A、B、C,在水平面上排成一条直线,且彼此间隔一定距离静止在光滑水平面上。

已知mA =mB=10kg,mC=20kg,A具有20J的初动能向右运动,与静止的B发生碰撞后粘在一起,又与静止的C发生碰撞,最后A、B、C粘成一个整体,g=10 m/s2,求:在第二次碰撞后A、B、C组成的整体的速度大小;例题答案: 1. 【答案】D【解析】由题设条件,三个小球在碰撞过程中总动量和总动能守恒。

若各球质量均为m,则碰撞前系统总动量为mv0,总动能应为12mv20。

假如选项A正确,则碰后总动量为33mv0,这显然违反动量守恒定律,故不可能。

假如选项B 正确,则碰后总动量为22mv 0,这也违反动量守恒定律,故也不可能。

假如选项C 正确,则碰后总动量为mv 0,但总动能为14mv 20,这显然违反机械能守恒定律,故也不可能。

假如选项D 正确的话,则通过计算其既满足动量守恒定律,也满足机械能守恒定律,故选项D 正确。

2. 答案:M 解析:设物体的质量为m ,t 0时刻受盒子碰撞获得速度v ,根据动量守恒定律得Mv 0=mv ①3t 0时刻物体与盒子右壁碰撞使盒子速度又变为v 0,说明碰撞是弹性碰撞12Mv 20=12mv 2②联立①②解得m =M 也可通过图象分析得出v 0=v ,结合动量守恒,得出正确结果。

3. 【答案】C【解析】方法一 甲、乙两球碰撞前后动量守恒,且动能不增加。

由碰撞中动量守恒定律求得p ′甲=2 kg·m/s,要使甲追上乙,应该满足v 甲>v 乙,所以p 甲m 甲>p 乙m 乙,即m 乙>1.4m 甲;碰后p ′甲、p ′乙均大于零,表示仍同向运动,考虑实际情况,有v ′乙≥v ′甲,即p ′甲m 甲≤p ′乙m 乙,即m 乙≤5m 甲碰撞过程中,动能不可能增加,即p 2甲2m 甲+p 2乙2m 乙≥p ′2甲2m 甲+p ′2乙2m 乙,解得m 乙≥177m 甲由以上结论得,177m 甲≤m 乙≤5m 甲,故C 正确。

课堂练习答案:9. 解析:木块C 做自由落体运动,木块A 被子弹击中做平抛运动,木块B 在子弹击中瞬间竖直方向动量守恒mv =(M +m ′)v ′,即v ′<v ,木块B 竖直方向速度减小,所以t A=t C<t B。

答案:C10.解析:P物体接触弹簧后,在弹簧弹力的作用下,P做减速运动,Q做加速运动,P、Q间的距离减小,当P、Q两物体速度相等时,弹簧被压缩到最短,所以B正确,A、C错误。

由于作用过程中动量守恒,设速度相同时速度为v′,则mv=(m+m)v′,所以弹簧被压缩至最短时,P、Q的速度v′=v2,故D错误。

答案:B11.【自主预习】1.根据动量守恒定律,如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向________的方向运动。

这个现象叫做________。

章鱼的运动利用了________的原理。

2.喷气式飞机和火箭的飞行应用了________的原理,它们都是靠________的反冲作用而获得巨大速度的。

3.火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的________。

这个参数一般小于________,否则火箭结构的强度就有问题。

4.反冲(1)反冲:根据动量守恒定律,如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动。

这个现象叫做反冲。

(2)反冲运动的特点:反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。

反冲运动过程中,一般满足系统的合外力为零或内力远大于外力的条件,因此可以运用动量守恒定律进行分析。

若系统的初始动量为零,由动量守恒定律可得0=m1v′1+m2v′2。

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