专题5 弹性碰撞和非弹性碰撞-2021-2022学年高二物理链接教材精准变式练（人教版2019选择性必修第一册）

链接教材精准变式练 专题5 弹性碰撞和非弹性碰撞 ( 教材习题精讲 ) 1．在气垫导轨上，一个质量为的滑块以的速度与另一质量为、速度为并沿相反方向运动的滑块迎面相撞，碰撞后两个滑块粘在一起。 (1)求碰撞后滑块速度的大小和方向。 (2)这次碰撞，两滑块共损失了多少机械能？ 【答案】(1) 6.7cm/s；方向与0.4kg滑块的初速度方向相同； (2) 4.2×10-3J 【解析】(1)两滑块碰撞过程系统动量守恒，以0.4kg滑块的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得 m1v1-m2v2=（m1+m2）v 代入数据解得 v=cm/s=6.7cm/s 方向与0.4kg滑块的初速度方向相同； (2)碰撞的机械能损失 解得 ∆E=4.2×10-3J 2．速度为的塑料球与静止的钢球发生正碰，钢球的质量是塑料球的4倍，碰撞是弹性的，求碰撞后两球的速度。 【答案】-6m/s；4m/s 【解析】当塑料球与钢球发生弹性碰撞时，设碰后塑料球与钢球分别为v1、v2，塑料球的质量为m，钢球的质量为4m，取碰撞前塑料球的速度方向为正方向，由动量守恒定律和机械能守恒定律分别得 mv0=mv1+4mv2 解得 v1=-6m/s （负号说明速度方向与正方向相反） v2=4m/s 3．有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速度降下来。为此，应该选用质量较大的还是质量较小的原子核？为什么？ 【答案】要用质量小的原子核作为减速剂 【解析】设中子和作减速剂的物质的原子核A的质量分别为mn和mA，碰撞后速度分别为v'n和v'A，碰撞前后的总动量和总能量守恒，以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得 mnvn=mnvn′+mAvA′ 由机械能守恒定律得 mnvn2=mnvn′2+mAvA′2  解得 则减速剂的质量mA越小，减少效果越好，因此要用质量小的原子核作为减速剂； 4．一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是。该未知粒子跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是。已知氢原子核的质量是，氮原子核的质量是，上述碰撞都是弹性碰撞，求未知粒子的质量。这实际是历史上查德威克测量中子质量从而发现中子的实验，请你根据以上查德威克的实验数据计算：中子的质量与氢核的质量有什么关系？ 【答案】m=mH，即氢核的质量mH与中子的质量相等 【解析】两次碰撞都遵守动量守恒定律和能量守恒定律。 设未知粒子的质量为m，初速度为v0，取碰撞前未知粒子速度方向为正方向，根据动量守恒和能量守恒可得 mv0=mv+mH•vH  mv02=mv2+mHvH2 由此可得 同样可求出未知粒子与氮原子碰撞后，打出的氮核的速度 查德威克在实验中测得氢核的速度为vH=3.3×107m/s，氮核的速度为：vN=4.4×106m/s。由方程可得 m=mH 即氢核的质量mH与中子的质量相等。 5．质量为、速度为的球跟质量为的静止球发生正碰。碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后球的速度可能有不同的值。请你论证：碰撞后球的速度可能是以下值吗？(1)；(2)。 【答案】可能是0.4v 【解析】若发生弹性碰撞，碰撞过程中，动量守恒，机械能守恒，以v的方向为正方向，则有： mv=mv1+3mv2 解得 v2=0.5v 若发生完全非弹性碰撞，则有 mv=（m+3m）v3 解得 v3＝0.25v 所以B的速度范围为0.25v到0.5v之间，则只有0.4v可能． 【要点提炼】 考点一 碰撞类型及解读 1．碰撞及类碰撞过程的特点 （1）时间特点：在碰撞、爆炸等现象中，相互作用时间很短． （2）速度特点：碰后必须保证不穿透对方． （3）相互作用力特点：在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后再急剧减小，平均作用力很大． （4）动量守恒条件特点：系统的内力远远大于外力，所以，系统即使所受外力之和不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒． （5）位移特点：碰撞、爆炸过程是在一瞬间发生的，时间极短，所以，在物体发生碰撞、爆炸的瞬间，可忽略物体的位移．可以认为物体在碰撞、爆炸前后仍在同一位置． （6）能量特点：碰撞过程中，一般伴随着机械能的损失，碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能，即： 2．碰撞的分类 （1）按碰撞过程中动能的损失情况，可将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞． ①弹性碰撞：碰撞过程中机械能不损失，碰撞前后系统总动能守恒： ②非弹性碰撞；碰撞过程中机械能有损失，系统总动能不守恒： ③完全非弹性碰撞：碰撞后两物体“合”为一体，具有共同的速度，这种碰撞动能损失最大． 3．爆炸问题 爆炸与碰撞的共同点是物理过程剧烈，系统内物体的相互作用力（内力）很大，过程持续时间很短，即使系统所受合外力