第十六章 动量守恒定律
第4节 碰撞
1.质量为ma=1 kg,mb=2 kg的小球在光滑的水平面上发生碰撞,碰撞前后两球的位移—时间图象如图所示,则可知碰撞属于
A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞
C.完全非弹性碰撞 D.条件不足,不能确定
【答案】A
2.质量为m的小球A以水平初速度v0与原来静止的光滑水平面上的质量为3m的小球B发生正碰,已知碰撞过程中A球的动能减少了75%,则碰撞后B球的动能可能是
A.mv02/24 B.mv02/16
C.mv02/8 D.3mv02/8
【答案】D
【解析】碰撞过程中A球的动能减少了75%,即变为原来的,所以A的速度大小变为原来的,若碰后A球速度方向和原来的方向一致,取A原来的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:mv0=m·+3mvB,解得vB=v0,原来碰后A、B同向运动,A在B的后面,A的速度大于B的速度,不可能,若碰后A球速度方向和原来的方向相反,取A原来的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:mv0=–m·+3mvB,解得vB=,碰撞后B球的动能为,故ABC错误,D正确。故选D。
【名师点睛】本题一要掌握碰撞的基本规律:动量守恒定律,二要注意动能是标量,速度是矢量,解得的结果要符合小球的运动情况。
3.两球A、B在光滑水平面上沿同一直线,同一方向运动,mA=1 kg,mB=2 kg,vA=6 m/s,vB=2 m/s。当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是
A.vA′=5 m/s,vB′=2.5 m/s
B.vA′=2 m/s,vB′=4 m/s
C.vA′=–4 m/s,vB′=7 m/s
D.vA′=7 m/s,vB′=1.5 m/s
【答案】B
【名师点睛】本题碰撞过程中动量守恒,同时要遵循能量守恒定律,不忘联系实际情况,即后面的球不会比前面的球运动的快。
4.A、B两物体在光滑水平面上沿同一直线运动,图表示发生碰撞前后的v–t图线,由图线可判断
①A、B的质量比为3:2
②A、B作用前后总动量守恒
③A、B作用前后总动量不守恒
④此碰撞属于弹性碰撞
A.③④ B.①②④
C.①② D.①③④
【答案】B
【解析】把AB看成一个系统,根据动量守恒定律:mA·6+mB·1=mA·2+mB·7,解得:mA:mB=3:2,故①正确;根据动量守恒可知A、B作用前后总动量守恒,故②正确,③错误;碰撞前总动能:,碰撞后总动能:,前后动能不变,所以属于弹性碰撞,故④正确;所以B正确,ACD错误。
5.如图所示,光滑水平面上有半径相同的A、B两球在同一直线上运动。两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6 kg·m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为–4 kg·m/s,则
A.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2:5
B.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1:10
C.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2:5
D.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1:10
【答案】A
【名师点睛】两球碰撞过程,系统不受外力,故碰撞过程系统总动量守恒;同时考虑实际情况,碰撞前后面的球速度大于前面球的速度。动量是矢量,具有方向性。
6.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=v0
B.v1=0,v2=v3=v0
C.v1=0,v2=v3=v0
D.v1=v2=0,v3=v0
【答案】D
7.如图所示,在光滑水平面上有两个静止物体A和B,B的质量大于A的质量,现用大小相等,方向相反且在一直线上的两个力F1和F2分别同时作用在这两个物体上,经过相等的时间后撤去两力,又经过一段时间A、B两物体相撞并连为一体,这时A、B将
A.停止 B.向右运动
C.向左运动 D.运动方向不能确定
【答案】A
【解析】碰前,由动量定理对A有:,对B有:,F1、F2等大反向,t相同,故有,对于AB碰撞过程,设碰撞前A的初速度方向为正方向,根据动量守恒定律得:,解得:v=0。可知碰后AB静止,故A正确,BCD错误。
8.在光滑的水平桌面上有两个在同一直线上运动的小球a和b,正碰前后两小球的位移随时间的变化关系如图所示.在小球a和b的质量之比为
A.9:16 B.1:4
C.3:8 D.4:1
【答案】B
【名师点睛】此题考查动量守恒定律的应用;关键是分析清楚图示图象根据图象求出小球的速度、分析清楚小球的运动过程是解题的前提,应用动量守恒定律可以解题。
9.在光滑水平面上有完全相同的、两球,其动量大小分别为与,方向均为向东,球在球后,当球追上球后,两球发生正碰。则相碰以后,、两球的动量可能分别为
A.,
B.,
C.,
D.,
【答案】A
【解析】设两球的质量均为m,碰撞前,A、B两球动量分别为10 kg·m/s与5 kg·m/s,方向均为向东,总动量为p=15 kg·m/s,方向为向东.碰撞前总动能为:,总动量满足守恒,碰撞后总动能为,可见碰撞过程总动能守恒,是可能的,故A正确。碰撞后,两球均向东运动,A球的速度大于B球的速度,不可能,故B错误。总动量满足守恒,碰撞后总动能为,可见碰撞过程总动能增加,不可能,故C错误。碰撞后A的动能不变,B的动能增加,碰撞后总动能增加,不可能,故D错误。故选A。
【名师点睛】这题关键抓住碰撞过程的三大规律进行分析:1、动量守恒;2、总动能不增加;3、符合实际运动情况。
10.两个球沿直线相向运动,碰撞后两球都静止,则可以推断碰撞前
A.两球的动量大小相等,方向相反
B.两球的速度一定相等
C.两球的质量一定相等
D.两球的动量一定相等
【答案】A
【解析】两球碰撞过程中动量守恒,碰后两球都静止,说明碰撞前后两球的总动量为零,故碰前两个球的动量大小相等,方向相反,A正确,BCD错误。故选:A。
11.(多选)质量分别为m1和m2的两个物体碰撞前后的位移–时间图象如图所示,以下说法中正确的是
A.碰撞前两物体动量相同
B.质量m1等于质量m2
C.碰撞后两物体一起做匀速直线运动
D.碰撞前两物体动量大小相等、方向相反
【答案】BD
【名师点睛】解决本题关键抓住两点:一是位移图象的斜率等于速度,斜率的大小表示速率,正负表示速度的方向;二是掌握碰撞的基本规律:动量守恒。
12.如图所示,物块A、B静止在光滑水平面上,且mA>mB。现用大小相等的两个力F和F′分别同时开始作用在A和B上,使A、B沿一条直线相向运动,然后又同时撤去这两个力,则两物体碰撞并合为一体后,它们
A.一定停止运动 B.一定向右运动
C.一定向左运动 D.仍运动,但运动方向不能确定
【答案】A
【解析】由动量定理知,两个力的冲量相同,碰撞前它们的动量大小相等,方向相反。碰撞过程中动量守恒,则有:pA?pB=(mA+mB)v,故碰后速度v一定为零。故A正确。故选:A。
13.在光滑的水平面上,有a、b两球,其质量分别为ma、mb。两球在t时刻发生正碰,并且在碰撞过程中无机械能损失。两球在碰撞前后的速度一时间图象如图所示,则下列关系正确的是
A.ma>mb B.maC.ma=mb D.无法判断
【答案】B
【名师点睛】该碰撞过程中动量和能量守恒,根据动量和能量守恒列出方程结合图象即可判断两球质量关系。
14.光滑水平面上,两个质量相等的小球A、B沿同一直线同向运动(B在前),已知碰前两球的动量分别为pA=12 kg·m/s、pB=8 kg·m/s,碰后它们动量的变化分别为ΔpA、ΔpB。下列数值不可能的是
A.ΔpA=–2 kg·m/s、ΔpB=2 kg·m/s
B.ΔpA=–3 kg·m/s、ΔpB=3 kg·m/s
C.ΔpA=–4 kg·m/s、ΔpB=4 kg·m/s
D.ΔpA=–5 kg·m/s、ΔpB=5 kg·m/s
【答案】D
15.(多选)质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7 kg·m/s,B球的动量是5 kg·m/s,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量不可能值是
A.pA′=3 kg·m/s,pB′=9 kg·m/s
B.pA′=–4 kg·m/s,pB′=17 kg·m/s
C.pA′=–2 kg·m/s,pB′=14 kg·m/s
D.pA′=6 kg·m/s,pB′=6 kg·m/s
【答案】ABC
【解析】以A、B两球组成的系统为研究对象,碰撞前系统总动量:p=pA+pB=5+7=12 kg?m/s。碰撞后的动量pA′+pB′=3 kg·m/s+9 kg·m/s=12 kg·m/s,动量守恒;碰撞前的动能:,碰撞后的动能:,动能增加,A不可能;当A球追上B球时发生碰撞,遵守动量守恒定律,若碰撞后A、B两球的动量分别为?4 kg?m/s、17 kg?m/s时,碰撞后总动量为13 kg?m/s,动量不守恒,故B不可能;碰撞后A、B两球的动量为?2 kg?m/s+14 kg?m/s=12 kg·m/s,动量守恒;碰撞前的动能:,碰撞后的动能:,动能增加,C不可能;若碰撞后A、B两球的动量分别为6 kg?m/s、6 kg?m/s,则碰撞后,两球一起运动,所以D可能。故选:ABC。
【名师点睛】当A球追上B球时发生碰撞,遵守动量守恒;由动量守恒定律和碰撞过程总动能不增加,通过列式分析,再进行选择。
16.(多选)如图所示是质量为M=1.5 kg的小球A和质量为m=0.5 kg的小球B在光滑水平面上做对心碰撞前后画出的位移x–时间t图象,由图可知
A.两个小球在碰撞前后动量不守恒
B.碰撞过程中,B损失的动能是3 J
C.碰撞前后,A的动能不变
D.这两个小球的碰撞是弹性的
【答案】BD
【名师点睛】本题主要考查了动量守恒定律得应用,要知道判断是否为弹性碰撞的方法是看机械能是否守恒,若守恒,则是弹性碰撞,若不守恒,则不是弹性碰撞。
17.(多选)A、B两球在光滑水平面上沿同一直线运动,A球动量为pA=5 kg?m/s,B球动量为pB=7 kg?m/s;当A球追上B球时发生碰撞,则碰后A、B两球的动量可能是
A.pA=3 kg?m/s、pB=9 kg?m/s B.pA=6 kg?m/s、pB=6 kg?m/s
C.pA=–2 kg?m/s、pB=14 kg?m/s D.pA=–5 kg?m/s、pB=17 kg?m/s
【答案】AC
【名师点睛】对于碰撞过程要遵守三大规律:动量守恒定律;总动能不增加;符合物体的实际运动情况。
18.(多选)如图所示,两只小球在光滑水平面上沿同一条直线相向运动。已知m1=2 kg,m2=4 kg,m1以2 m/s的速度向右运动,m2以8 m/s的速度向左运动。两球相碰后,m1以10 m/s的速度向左运动,由此可得
A.相碰后m2的速度大小为2 m/s,方向向左
B.相碰后m2的速度大小为2 m/s,方向向右
C.在相碰过程中,m2的动量改变大小是24 kg·m/s,方向向右
D.在相碰过程中,m1所受冲量大小是24 N·s,方向向右
【答案】AC
【解析】设小球向右运动方向为正方向,两小球碰撞前后动量守恒:m1v1–m2v2=m1v1′+m2v2′,解得:v2′=–2 m/s,则碰撞后小球m2的速度大小为2 m/s,方向向左,故A正确,B错误;在相碰过程中,m2的动量改变Δp=m2v2′–m2v2=24 kg·m/s,则m2的动量改变大小为24 kg·m/s,方向向右,故C正确;根据动量定理可知,在相碰过程中,m1受到的外力的冲量I=Δp=m1v1′–m1v1=–24 N·s,负号表示方向向左,故D错误。故选AC。
【名师点睛】本题关键抓住系统动量守恒,根据动量守恒定律列式后,联立方程组求解,知道合力的冲量等于物体动量的变化量,难度适中。
19.如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量mA=4 kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计。可视为质点的物块B置于A的最右端,B的质量mB=2 kg。现对A施加一个水平向右的恒力F=10 N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板与B发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6 s,二者的速度达到v=2 m/s。求:
(1)A开始运动时加速度a的大小;
(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v1的大小;
(3)A的上表面长度l。
【答案】(1)2.5 m/s2 (2)1 m/s (3)0.45 m
【名师点睛】本题考查了求加速度、速度、A的长度问题,分析清楚物体运动过程,应用牛顿第二定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理即可正确解题。
20.如图所示,质量为m=1.0 kg的物块A以v0=4.0 m/s速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为M=2.0 kg的物块B,物块A和物块B碰撞时间极短,碰后两物块粘在一起。已知物块A和物块B均可视为质点,两物块间的距离为L=1.75 m,两物块与水平面间的动摩擦因数均为μ=0.20,重力加速度g=10 m/s2。求:
(1)物块A和物块B碰撞前的瞬间,物块A的速度v的大小;
(2)物块A和物块B碰撞的过程中,物块A对物块B的冲量I;
(3)物块A和物块B碰撞的过程中,系统损失的机械能ΔE。
【答案】(1)3 m/s (2)2 N·s,方向水平向右 (3)