追擊中的碰撞問題分類解析
研究碰撞問題是應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決實(shí)際問題的一個(gè)重要內(nèi)容,碰撞類型很多,碰撞情景也多種多樣。但解決碰撞問題的基本思路卻比較簡單,主要是以下三個(gè)知識(shí)點(diǎn)(以兩球碰撞為例):1。碰撞過程動(dòng)量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′或ΔP1=-ΔP2 2。碰撞類型中最理想的碰撞是彈性碰撞,沒有機(jī)械能的損失,故碰撞過程機(jī)械能不可能增加,即 3。碰撞結(jié)果必須與實(shí)際情況相符合,如不可能出現(xiàn)兩球相碰后同向運(yùn)動(dòng)時(shí),在后運(yùn)動(dòng)的物體的速度比在前運(yùn)動(dòng)的物體的速度大;也不可能出現(xiàn)兩球相向碰撞后,速度方向都沒有發(fā)生變化等。解決碰撞問題只要靈活掌握這三個(gè)原則,問題一般都可迎刃而解。下面以追擊中的碰撞問題為例進(jìn)行分類解析。
一.求碰撞后的速度問題
例1.兩球A、B在光滑的水平面上沿同一直線、同一方向運(yùn)動(dòng),mA=1Kg,mB=2kg,vA=6 m/s,vB=2 m/s,當(dāng)球A追上球B并發(fā)生碰撞后A、B兩球的速度的可能值是(取兩球碰撞前的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎海?nbsp; )
A. vA′=
C. vA′=-
〔分析與解答〕從題意分析,球A追上球B發(fā)生碰撞,結(jié)合實(shí)際情況,B球速度一定沿正方向且增加,并且碰后A球速度應(yīng)小于或等于B球速度,即vA′≤ vB′。A、D選項(xiàng)中在后運(yùn)動(dòng)的球A速度都比在前運(yùn)動(dòng)的球B的速度大,故 A、D選項(xiàng)不正確。B、C選項(xiàng)既與實(shí)際情況相符合,又都滿足動(dòng)量守恒,好像都符合題意,但從總動(dòng)能不可能增加來看,碰前總動(dòng)能EK= B選項(xiàng)中碰后總動(dòng)能EK‘=,故B選項(xiàng)正確。C選項(xiàng)碰后的總動(dòng)能為57J大于22J,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。綜合分析本題只有B選項(xiàng)正確。
二.求碰撞后的動(dòng)量
例2.A、B兩小球在光滑水平面上沿同一直線向同一方向運(yùn)動(dòng),A球的動(dòng)量為5 kg?m/s,B球的動(dòng)量是7 kg?m/s,當(dāng)A球追上B球發(fā)生碰撞, 則碰撞后A、B兩球動(dòng)量的可能值為: ( )
A.pA′=
C.pA′=-
三.求碰撞后動(dòng)量的變化
例3:在光滑水平面上,有A、B兩個(gè)小球沿同一直線向右運(yùn)動(dòng),已知碰撞前兩球的動(dòng)量分別為pA=12 kg?m/s , pB=13kg?m/s,碰撞后它們動(dòng)量的變化是ΔPA 與ΔPB ,有可能的是:( )
A.ΔPA=-
C.ΔPA=-
〔分析與解答〕初一看四個(gè)選項(xiàng),都滿足動(dòng)量守恒,ΔPA=-ΔPB,由于A、B兩球同向運(yùn)動(dòng),A與B發(fā)生碰撞必有vA>vB且 vB′>vB,所以有ΔPB>0,因而ΔPA<0,故可排除選項(xiàng)B。又由動(dòng)能關(guān)系,因?yàn)関B′>vB即 所以,即vA′2<vA2,-vA< vA′< vA,從而得出
-2vA< vA′-vA<0,即-2mvA<mΔvA<0,-2pA<ΔpA <0,由此可排除D選項(xiàng),綜合分析本題正確答案為A,C。
四.求碰撞兩球的質(zhì)量比
例4.甲乙兩球在水平光滑軌道上同方向運(yùn)動(dòng),已知它們的動(dòng)量分別為P甲=5 kg?m/s
,P乙=7kg?m/s,甲從后面追上乙并發(fā)生碰撞,碰撞后乙球動(dòng)量變?yōu)?0 kg?m/s,則兩球質(zhì)量m甲與m乙的可能關(guān)系是: ( )
A。m乙=m甲 。。m乙=2m甲
C。m乙=4m 。摹#乙=6m甲
〔分析與解答〕從題意看,甲球從后面追上乙,說明V甲>V乙,即,所以,排除A選項(xiàng)。碰撞動(dòng)量守恒P甲+P乙=P甲′+P乙′,代入數(shù)值得P甲′=2kg?m/s,碰后從實(shí)際情況分析,V甲′≤ V乙′,即,所以,因此可排除D選項(xiàng)。再從能量角度分析有:,即 ,因此可排除B選項(xiàng)。綜合分析本題只有C答案正確。
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