专题复习与训练十一　碰撞模型及拓展-《备战2022年高考一轮复习专题复习与训练》

专题复习与训练十一　碰撞模型及拓展 类型一　碰撞 知识回望 1．碰撞 碰撞是指物体间的相互作用持续时间很短，而物体间相互作用力很大的现象． 2．特点 在碰撞现象中，一般都满足内力远大于外力，可认为相互碰撞的系统动量守恒． 3．分类 动量是否守恒 机械能是否守恒 弹性碰撞 守恒 守恒 非弹性碰撞 守恒 有损失 完全非弹性碰撞 守恒 损失最大 技巧点拨 1．碰撞问题遵守的三条原则 (1)动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′. (2)动能不增加：Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′. (3)速度要符合实际情况 ①碰前两物体同向运动，若要发生碰撞，则应有v后>v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v前′≥v后′. ②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变． 2．弹性碰撞的结论 以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生弹性碰撞为例，则有 m1v1＝m1v1′＋m2v2′ m2v2′2m1v1′2＋m1v12＝ 联立解得：v1′＝v1v1，v2′＝ 讨论：①若m1＝m2，则v1′＝0，v2′＝v1(速度交换)； ②若m1>m2，则v1′>0，v2′>0(碰后两物体沿同一方向运动)；当m1≫m2时，v1′≈v1，v2′≈2v1； ③若m1<m2，则v1′<0，v2′>0(碰后两物体沿相反方向运动)；当m1≪m2时，v1′≈－v1，v2′≈0. 3．物体A与静止的物体B发生碰撞，当发生完全非弹性碰撞时损失的机械能最多，物体B的速度最小，vB＝v0. v0≤vB≤v0.则碰后物体B的速度范围为：v0，当发生弹性碰撞时，物体B速度最大，vB＝ 例1　如图所示，粗糙的水平面连接一个竖直平面内的半圆形光滑轨道，其半径为R＝0.1 m，半圆形轨道的底端放置一个质量为m＝0.1 kg的小球B，水平面上有一个质量为M＝0.3 kg的小球A以初速度v0＝4.0 m/s开始向着小球B运动，经过时间t＝0.80 s与B发生弹性碰撞，设两个小球均可以看作质点，它们的碰撞时间极短，且已知小球A与桌面间的动摩擦因数μ＝0.25，g取10 m/s2.求： (1)两小球碰前A的速度大小vA； (2)小球B运动到最高点C时对轨道的压力大小． 【答案】(1)2 m/s　(2)4 N 【解析】(1)碰前对A由动量定理有－μMgt＝MvA－Mv0 解得vA＝2 m/s. (2)对A、B组成的系统，碰撞前后动量守恒，则有 MvA＝MvA′＋mvB 碰撞前后总动能保持不变， 则有mvB2MvA′2＋MvA2＝ 由以上两式解得vA′＝1 m/s，vB＝3 m/s 设小球B运动到最高点C时的速度大小为vC，以水平面为参考平面，因为B球由半圆形轨道的底端运动到C点的过程中机械能守恒，则有mvB2mvC2＋2mgR＝ 解得vC＝ m/s 对小球B，在最高点C有mg＋FN＝m 解得FN＝4 N 由牛顿第三定律知小球B运动到最高点C时对轨道的压力大小为4 N. 变式训练1 (碰撞可能性)如图所示，在光滑水平面上有直径相同的a、b两球，在同一直线上运动，选定向右为正方向，两球的动量分别为pa＝6 kg·m/s、pb＝－4 kg·m/s.当两球相碰之后，两球的动量可能是(　　) A．pa＝－6 kg·m/s、pb＝4 kg·m/s B．pa＝－6 kg·m/s、pb＝8 kg·m/s C．pa＝－4 kg·m/s、pb＝6 kg·m/s D．pa＝2 kg·m/s、pb＝0 【答案】C 【解析】根据碰撞过程中动量守恒可知碰撞后的总动量等于原来总动量2 kg·m/s，A选项碰后的总动量为－2 kg·m/s，动量不守恒，故A错误；B选项碰后a球的动能不变，b球的动能增加了，不符合机械能不增加的规律，故B错误；C选项碰后a、b小球的动量满足动量守恒定律，也不违背物体的运动规律，故C正确；D选项与实际不符，a不可能穿过静止的b向前运动，故D错误． 故选C。 变式训练2 (弹性碰撞)如图所示，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间．A的质量为m，B、C的质量都为M，三者均处于静止状态．现使A以某一速度向右运动，求m和M之间应满足什么条件，才能使A只与B、C各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性碰撞． 【答案】(－2)M≤m＜M 【解析】A向右运动与C发生第一次碰撞，碰撞过程中，系统的动量守恒，机械能守恒．设速度方向向右为正，开始时A的速度为v0，第一次碰撞后C的速度为vC1，A的速度为vA1，由动量守恒定律和机械能守恒定律得 mv0＝mvA1＋MvC1 MvC12mvA12＋mv02＝ 联立解得vA1＝v0v0，vC1＝ 如果m>M，第一次碰撞后，A与C速度同向，且A的速度小于C的速度，不可