2025版高考物理一轮复习专题突破六弹性碰撞和完全非弹性碰撞学案.docxVIP

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专题突破(六)弹性碰撞和完全非弹性碰撞

一、弹性碰撞

碰撞时,内力是弹性力,只发朝气械能的转移,系统内无机械能损失,叫做弹性碰撞.若质量分别为m1、m2,速度分别为v1、v2的两个物体在水平面上发生弹性碰撞,依动量守恒且碰撞前后的总动能相等,

有:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′……(1)

eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)=eq\f(1,2)m1v1′2+eq\f(1,2)m2v2′2……(2)

解(1)(2)得:v1′=eq\f((m1-m2)v1+2m2v2,m1+m2),

v2′=eq\f((m2-m1)v2+2m1v1,m1+m2)

探讨:

(1)若m1=m2,则有v1′=v2,v2′=v1,即碰后彼此交换速度,实现动量和动能的交换;

(2)若碰前m2是静止的,即v2=0.

①m1m2,则v1′0,v2′0,碰后两者同向运动;

②m1m2,则v1′0,v2′0,碰后,m1反向弹回,m2沿m1碰前的速度方向运动;

③m1?m2,则v1′≈-v1,v2′≈0,即质量很小的物体以原速率反弹,质量很大的物体仍旧静止.

④m2?m1,则v1′≈v1,v2′≈2v1,即质量很大的运动物体碰后速度几乎不变,而质量很小的静止物体会以2倍运动物体的初速度沿同一方向运动.

二、完全非弹性碰撞

发生完全非弹性碰撞时,内力是完全非弹性力,碰后两物体粘连在一起或者虽未粘连但以相同的速度运动.这种碰撞,只有动量守恒,机械能损失最大,损失的机械能转化为内能.

有:m1v1+m2v2=(m1+m2)v,

ΔE=eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)-eq\f(1,2)(m1+m2)v2.

例1两足够长倾角θ=37°的对称光滑斜面EF、GH,与长为L的光滑水平面FG相连,如图所示.有大小相同的质量分别为m、3m的A、B球,A球从h高处由静止起先沿斜面EF下滑,与静止于水平轨道并与F点相距eq\f(L,4)的B球相撞.碰撞中无机械能损失,重力速度为g,小球经过连接点F、G时速度大小保持不变,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.求

(1)第一次碰撞结束后小球B能够上升的高度;

(2)发生其次次碰撞的位置与F点的距离;

(3)小球A、B其次次碰撞刚结束时各自的速度,并探讨小球A、B第n次碰撞刚结束时各自的速度.

[解析](1)依据机械能守恒可知

mgh=eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)

解得:vA=eq\r(2gH)

依据碰撞过程中无能量损失,所以动量及机械能守恒:

mvA=mvA′+3mvB

eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)=eq\f(1,2)mvA′2+eq\f(1,2)×3mveq\o\al(2,B)

解得:vA′=-eq\f(1,2)eq\r(2gh)

vB=eq\f(\r(2gh),2)

再依据机械能守恒可知

eq\f(1,2)×3mveq\o\al(2,B)=3mgH

解得:H=eq\f(1,4)h

(2)由于A、B小球碰后分别向左向右运动且速度大小相等,运动过程中机械能守恒,故在水平面上照旧是速度大小不变方向变更而已,因此,相遇时在水平面上运动的时间为t:

vA′t+vBt=2L

故A、B在水平面上都运动了L的距离

解得距离F点为eq\f(3,4)L

(3)规定向右为正方向,设A、B其次次碰撞刚结束时的速度分别为v1、v2,则:

mvA′-3mvB=mv1+3mv2

mgh=eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)×3mveq\o\al(2,2)

解得:v1=-eq\r(2gh)v2=0

由此可得,当n为奇数时,小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其第一次碰撞刚结束时相同;当n为偶数时,小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与其其次次碰撞刚结束时相同.

例2如图所示,B、C是两块完全相同的长为1m的木板,静止在光滑水平地面上,木板B的右端与C的左端相距x0=1m,物块A(可视为质点)静止在C的右端.用F=8N的水平向右恒力作用于木板B上使其从静止起先运动.一段时间后,B与C碰撞,碰撞时间极短,碰撞瞬间,作用在木板B上的水平力撤除,木板B和C碰撞粘在一起.已知物块A质量为2kg,木板B、C的质量均为1kg,物块A与B、C之间的动摩擦因数均为μ=0.25,重力加速度g取10m/s2.求:

(1)物体A、B、C最终的速度大小;

(2)若要使碰撞后,A停在B木板上,则F的取值范围.

[解析](1)木板B从静止起先运动到与

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