碰撞是高中物理研究动量守恒定律章节中非常重要的一章,同时也是历年高考试题的重点与热点。
但是碰撞问题常常是同学们学习的难点,分不清碰撞的类型,搞不懂碰撞的作用效果是学习困难的主要原因。为了让同学们可以解决这个难题,星博老师总结了碰撞的三大类型以及三大黄金准则,我们一起来看看!
碰撞的类型
01
弹性碰撞
弹性碰撞(或称完全弹性碰撞)。
在弹性力的作用下,只产生机械能的转移,系统内无机械能的损失,称为弹性碰撞(或称完全弹性碰撞)。
例如,当相同大小的玻璃球和钢球相碰时,它们的动能损失很小,几乎可以忽略不计,这个时候可以视为弹性碰撞。
公式:m1v1 m2v2=m1v1' m2v2',Ek1+Ek2=Ek1′+Ek2。
02
非弹性碰撞
非弹性碰撞,如果是非弹性力作用,使部分机械能转化为物体的内能,机械能有了损失,称为非弹性碰撞。
例如:子弹射穿木块,相同大小的橡皮泥球之间的碰撞,都会有能量的损失。
公式:m1v1 m2v2=m1v1' m2v2',Ek1+Ek2>Ek1′+Ek2′。
03
完全非弹性碰撞
完全非弹性碰撞,如果相互作用力是完全非弹性力,则机械能向内能转化量最大,即机械能的损失最大,称为完全非弹性碰撞。例如:子弹射入物块,碰撞物体粘合在一起,具有同一速度。
公式:m1v1 m2v2=(m1 m2)v',Ek1+Ek2>Ek1′+Ek2。
知道了碰撞的类型和各自的特点,那对于碰撞是否有普遍的规律存在呢?
碰撞三大黄金准则
01
动量守恒定律
p1 p2=p1' p2'
02
动能不能增加
03
速度要符合情景
①如果碰前两物体同向运动,则后面的物体速度必大于前面物体的速度,即v后>v前,否则无法实现碰撞。碰撞后,原来在前面的物体的速度一定增大,且原来在前面的物体速度大于或等于原来在后面的物体的速度,即v前>v后,否则碰撞没有结束。
②如果碰前两物体相向运动,则碰后两物体的运动方向不可能都不改变,除非两物体碰撞后速度均为零.
在了解碰撞的类型和普遍规律了,接下来我们来讨论下做题中常常出现的弹性碰撞有什么秘密。
弹性碰撞讨论
01
碰后速度的求解
02
分析讨论
当碰前两物体的速度不为零时,若m1=m2,则v1′=v2,v2′=v1,即两物*换速度。
当碰前物体2的速度为零时:
①m1=m2时,v1′=0,v2′=v1,碰撞后两物*换速度。
②m1>m2时,v1′>0,v2′>0,碰撞后两物体沿相同方向运动。
③m1<m2时,v1′<0,v2′>0,碰撞后质量小的物体被反弹回来。
同学们,现在的你们已经知道了碰撞的类型和碰撞的规律特点,那如何把这些知识点灵活运用到解题中呢?
03
碰撞问题解题策略
(1)抓住碰撞的特点和不同种类碰撞满足的条件,列出相应方程求解。
(2)可熟记一些公式,例如“一动一静”模型中,两物体发生弹性正碰后的速度满足:
(3)熟记弹性正碰的一些结论,例如,当两物体质量相等时,两物体碰撞后交换速度;当m1≫m2,且v2=0时,碰后质量大的物体速度v0不变,质量小的物体速度为2v0;当m1≪m2,且v20=0时,碰后质量大的物体速度不变(仍静止),质量小的物体原速率反弹。
我们现在已经熟知它的特点以及解题规律,接下来我们做一道例题,来更加直观的感受!
例题
例.甲、乙两球在水平光滑轨道上同向运动,已知它们的动量分别是p1=5 kg·m/s,p2=7 kg·m/s,甲从后面追上乙并发生碰撞,碰后乙球的动量变为10 kg·m/s,则甲球质量m1与乙球质量m2间的关系可能正确的是( )
A.m1=m2 B.2m1=m2
C.4m1=m2 D.6m1=m2
【答案】C
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