第1章 专题强化3 碰撞模型及拓展应用(配套课件PPT)-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记(鲁科版)
2026-08-11
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教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
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| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理鲁科版选择性必修 第一册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 章末练习 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 4.22 MB |
| 发布时间 | 2026-08-11 |
| 更新时间 | 2026-08-11 |
| 作者 | 山东金榜苑文化传媒有限责任公司 |
| 品牌系列 | 步步高·学习笔记 |
| 审核时间 | 2026-08-11 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59161613.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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摘要:
该高中物理课件聚焦碰撞模型及拓展应用,核心知识点为用动量守恒和能量守恒解决弹簧—小球、滑块—斜(曲)面模型问题。通过具体情境问题导入,从基础碰撞规律延伸到两类模型特征分析,搭建从概念到应用的学习支架。
其亮点在于强化科学思维中的模型建构与科学推理,结合弹簧最短时共速、滑块最高点共速等实例,深化运动与相互作用、能量观念。采用问题链引导和模型归纳法,助力学生提升建模能力和解题技巧,为教师提供系统的专题教学资源。
内容正文:
第
1
章
碰撞模型及
拓展应用
专题强化3
1.进一步掌握用动量守恒定律和能量守恒定律解决碰撞问题的技巧(重点)。
2.掌握两类碰撞问题的特点,提高建模能力(重难点)。
学习目标
内容索引
专题强化练
一、弹簧—小球(物块)模型
二、滑块—斜(曲)面模型
< 一 >
弹簧—小球(物块)模型
如图所示,光滑水平面上静止着一质量为m2的刚性小球B,左端与水平轻质弹簧相连,另有一质量为m1的刚性小球A以速度v0向右运动,并与弹簧发生相互作用,两球半径相同,问:
(1)小球接触弹簧后最初一段时间,两小球的速度如何变化,弹簧长度如何变化?
答案 球接触弹簧后最初一段时间内,在弹力作用下,A的速度减小,B的速度增加;弹簧一直被压缩,长度变短。
(2)两球共速后,两球的速度如何变化?弹簧长度如何变化?
答案 如图所示,两球共速后,A的速度继续减小,B的速度继续增加;弹簧正在恢复原长,长度增加。
(3)什么情况下弹簧的弹性势能最大?最大值为多少?
答案 当两个小球速度相同时,弹簧最短,弹簧的弹性势能最大。
由动量守恒定律得m1v0=(m1+m2)v
由能量守恒定律得m1=(m1+m2)v2+Epmax
解得Epmax=
(4)什么情况下小球B的速度最大?最大值为多少?
答案 当弹簧恢复原长时,小球B的速度最大,
由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2
由能量守恒定律得m1=m1+m2
解得v2=。
拓展 (1)系统动能何时最小?求系统动能的最小值。
答案 弹簧和小球组成的系统机械能守恒,两球共速时,弹簧的弹性势能最大,系统的动能最小,Ekmin=(m1+m2)v2=
(2)从小球与弹簧相互作用至弹簧恢复原长的过程,系统动能何时最大?求系统动能的最大值。
答案 弹簧和小球组成系统机械能守恒,当弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能最小,系统的动能最大,Ekmax=m1。
1.模型概述
对两个(或两个以上)物体与弹簧组成的系统,在相互作用的过程中,若系统合外力为零,则系统动量守恒。若接触面光滑,弹簧和物体组成的系统机械能守恒。
2.(1)弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等,弹性势能最大,系统动能通常最小(相当于完全非弹性碰撞,两物体减少的动能转化为弹簧的弹性势能)。
(2)弹簧恢复原长时,弹性势能为零,系统动能最大(相当于刚完成弹性碰撞)。
模型构建
(多选)(2025·南充市高二月考)如图甲所示,静止在光滑水平面上的物块A、B通过水平轻弹簧连接在一起,初始时轻弹簧处于原长。现使A获得一水平向右的瞬时速度,并从此刻开始计时,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示,已知物块A的质量为mA=1 kg,下列说法正确的是
A.弹簧、A和B组成的系统动量和机械能都守恒
B.t1时刻,弹簧处于原长状态
C.物块B的质量mB=3 kg
D.t3时刻,弹簧的弹性势能为3 J
例1
√
√
弹簧、A和B组成的系统在该过程中所受合外力为零,所以系统动量守恒,弹簧、A和B组成的系统在该过程中只有弹力做功,所以系统机械能守恒,故A正确;
由题图乙可知t1时刻之后一小段时间,A速度减小,B速度增大,则t1时刻弹簧处于压缩状态,故B错误;
根据动量守恒定律,由题图乙可知t=0时刻和t= t1时刻系统总动量相等,已知v1=3 m/s、v2=1 m/s,有mAv1=(mA+mB)v2,代入数据解得mB=2 kg,故C错误;
由题图乙知t3时刻弹簧处于伸长状态,两物块速度相等v3=1 m/s,由开始到t3时刻由机械能守恒有mA=mA+mB+Ep,代入数据解得弹簧的弹性势能为Ep=3 J,故D正确。
拓展 (1)什么时刻弹簧的弹性势能最大?最大为多大?
答案 t1、t3时刻弹簧的弹性势能最大,t1时刻弹簧最短,t3时刻弹簧最长,最大弹性势能为3 J。
(2)什么时刻物块B的动能最大?最大动能为多大?此时弹簧的弹性势能多大?
答案 t2时刻弹簧恢复原长,此时弹簧的弹性势能为零,物块B的速度最大,动能最大,由题图乙可知B的最大动能EkBm=mBv2'2=×2×22 J=4 J。
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< 二 >
滑块—斜(曲)面模型
如图所示,小球A以速度v0滑上静置于光滑水平面上的光滑圆弧轨道B。已知小球在上升过程中始终未能冲出圆弧,试分析:
(1)在相互作用的过程中,小球A和轨道B组成的系统机械能是否守恒?总动量是否守恒?
答案 整个过程中小球和轨道组成的系统的机械能守恒;系统水平方向动量守恒,竖直方向上动量不守恒,故总动量不守恒。
(2)小球到达最高点时,小球与轨道的速度有什么关系?
答案 当小球上升到最高点时,小球和轨道的速度相同。
(3)什么时候轨道B的速度达到最大?
答案 小球从左侧离开轨道时,轨道的速度最大。
(4)小球离开轨道瞬间系统总动量、系统机械能与初始状态有怎样的关系?试列式说明。
答案 设小球离开轨道时的速度为v1,轨道的速度为v2,小球质量为m1,轨道质量为m2,则由水平方向动量守恒有:m1v0=m1v1+m2v2
根据机械能守恒定律有:m1=m1+m2
1.模型概述
对滑块和光滑斜(曲)面组成的系统,若水平面光滑且滑块始终未脱离斜(曲)面,在相互作用的过程中,系统所受合外力不为零,但系统在水平方向所受合外力为零,则该系统在水平方向上满足动量守恒定律。
模型构建
2.模型特点——“两个位置”
(1)当滑块上升到最大高度时,滑块与斜(曲)面具有共同水平速度v共,此时滑块在竖直方向的速度vy=0。系统水平方向动量守恒,有mv0=(M+m)v共;系统机械能守恒,有m=(M+m)+mgh,其中h为滑块上升的最大高度(相当于完全非弹性碰撞,系统减少的动能转化为滑块的重力势能)。
(2)当滑块返回最低点时,滑块与斜(曲)面分离。系统水平方向动量守恒,有mv0=mv1+Mv2;系统机械能守恒,有m=m+M(相当于完成了弹性碰撞)。
(2024·泉州市高二质监)如图所示,一带有半径足够大的光滑圆弧轨道的小车的质量M=3 kg,小车静止在光滑水平地面上,圆弧下端水平。有一质量m=1 kg的小球以水平初速度v0=4 m/s从圆弧下端滑上小车,重力加速度g取10 m/s2。下列说法不正确的是
A.在小球滑到最高点的过程中,小球与小车组成的
系统机械能守恒
B.在小球滑到最高点的过程中,小球与小车组成的
系统动量守恒
C.小球沿圆弧轨道上升的最大高度时的速度大小为1 m/s
D.小球沿圆弧轨道上升的最大高度为0.6 m
例2
√
在小球滑到最高点的过程中,小球与小车组成的系统机械能守恒,选项A正确;
在小球滑到最高点的过程中,小球与小车组成的系统水平方向不受外力,水平方向动量守恒,但竖直方向动量不守恒,选项B错误;
小球与小车组成的系统水平方向动量守恒,小球沿圆弧轨道上升的最大高度为h,两者共同速度大小为v,由mv0=(M+m)v,解得v== m/s =1 m/s,小球与小车组成的系统机械能守恒m=(M+m)v2+mgh,解得h=0.6 m,选项C、D正确。
拓展1 小车什么时候速度最大?最大速度是多少?
答案 当小球与小车分离时,小车获得的最大速度。取向左的方向为正方向,小球与小车组成的系统水平方向动量守恒,有mv0=mv1+Mv2,
小球与小车组成的系统机械能守恒,有m=m+M,解得v2=2 m/s。
拓展2 小球离开小车后做什么运动?
答案 由拓展1可得,小球离开小车时的速度v1=-2 m/s,方向水平向右,小球将做平抛运动。
拓展3 如图所示,若小球从离圆弧下端0.6 m高处沿圆弧轨道由静止滚下,当小球与小车分离时二者的速度大小各是多少?
答案 3 m/s 1 m/s
小球沿圆弧轨道下滑过程中,小球和小车组成的系统水平方向动量守恒,机械能守恒。
取水平向右为正方向,则有
0=mv1'-Mv2' ①
mgH=mv1'2+Mv2'2 ②
联立①②解得v1'=3 m/s,v2'=1 m/s
即二者分离时,小球的速度是3 m/s,水平向右,小车的速度是1 m/s,水平向左。
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< 三 >
专题强化练
对一对
答案
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题号 1 2 3 4 5 6
答案 AD C D CD BD (1)1 kg (2)0.12 J (3)0.8 m/s
题号 7 8 9 10
答案 D AD BD (1)4 m/s (2) m/s (3)0.3 m
题号 11
答案 (1)27 J (2)9 J (3)零
1.(多选)(2024·莆田市高二期末)光滑水平地面上,A、B两物体质量都为m,A以速度v向右运动,B原来静止,左端有一轻弹簧,如图所示,当A撞上弹簧,弹簧被压缩最短时
A.A、B系统总动量仍然为mv
B.A的动量变为零
C.B的动量达到最大值
D.A、B的速度相同
基础强化练
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A、B组成的系统所受的合外力为零,动量守恒,初始时总动量为mv,弹簧被压缩到最短时,A、B系统总动量仍为mv,故A正确;
A在压缩弹簧的过程中,B做加速运动,A做减速运动,两者速度相等时,弹簧压缩量最大,然后B继续加速,A继续减速,所以弹簧压缩最短时,B的动量未达到最大值,A、B的速度相同,A的动量不为零,故B、C错误,D正确。
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2.如图所示,在光滑的水平地面上停放着质量为m的有弧形槽的小车。现有一质量也为m的小球以v0的水平速度沿与切线水平的槽口向小车滑去,小球不会从上槽口冲出,不计一切摩擦和阻力,则
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A.在相互作用的过程中,小车和小球组成的系统总动量守恒
B.小球离开车后,对地将向右做平抛运动
C.小球离开车后,对地做自由落体运动
D.小球离开车后,小车的速度有可能大于v0
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整个过程中小车和小球组成的系统水平方向动量守恒,竖直方向动量不守恒,总动量不守恒,故A错误;
设小球离开小车时,小球的速度为v1,小车的速度为v2,设v0的方向为正方向,整个过程中水平方向动量守恒:mv0=mv1+mv2,由机械能守恒定律得:m=m+m,联立解得v1=0,v2=v0,即小球与小车分离时二者交换速度,所以与小车分离后小球对地做自由落体运动,故B、D错误,C正确。
3.(2024·宁德市高一期中)如图所示在足够长的光滑水平面上有一静止的质量为M的斜面,斜面表面光滑、高度为h、倾角为θ,一质量为m(m<M)的小物块以一定的初速度沿水平面向右运动,不计冲上斜面过程中的机械能损失,如果斜面固定,则小物块恰能冲到斜面的顶端,如果斜面不固定,则小物块冲上斜面后能达到的最大高度为
A.h B.
C. D.
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斜面固定时,根据动能定理可得:-mgh=0-m,解得v0=;斜面不固定时,由水平方向动量守恒得:mv0=(M+m)v,由能量守恒得m=(M+m)v2+mgh1,解得h1=h,故选D。
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4.(多选)(2024·泉州市高二质监)如图甲所示,A、B两物块与一轻弹簧的两端相连接,静止在光滑的水平面上。A物块的质量m=1 kg。现使A获得水平向右的瞬时速度,以此刻为计时起点,两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示,则从图像信息可得
A.B物块的质量为3 kg
B.弹簧的弹性势能最大值为18 J
C.t2时刻弹簧的弹性势能为9 J
D.t3时刻弹簧处于原长
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√
从开始运动到两者共速由动量守恒定律可得mv0=(m+mB)v,解得B物块的质量为mB=2 kg,选项A错误;
当两者共速时弹簧弹性势能最大,则弹簧的弹性势能最大值为Epm=m-(m+mB)v2=12 J,选项B错误;
t2时刻A的速度为零,则根据mv0=mBv1,解得B的速度v1=3 m/s,则弹簧的弹性势能为Ep=m-mB=9 J,选项C正确;
从开始到t3时刻,B的速度一直增加,则弹簧一直处于压缩状态,在t3时刻弹簧处于原长,弹力为零,B的加速度为零,速度最大,选项D正确。
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5.(多选)(2025·泉州市高二期末)如图所示,质量为4m的物块A静止在光滑水平地面上,物块A左侧面为圆弧面且与水平地面相切,质量为m的滑块B以初速度v0向右运动滑上A,沿A左侧面上滑一段距离后又返回,最后滑离A,不计一切摩擦,滑块B从滑上A到滑离A的过程中,下列说法正确的是(重力加速度为g)
A.A、B组成的系统动量守恒
B.合外力对B的冲量大小为mv0
C.A对B做的功为m
D.B沿A上滑的最大高度为h=
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A、B组成的系统在竖直方向所受合外力不为零,因此系统动量不守恒,故A错误;
系统在水平方向所受合外力为零,系统在水平方向动量守恒,对整个过程,以向右的方向为正方向,由动量守恒定律得mv0=mvB+4mvA,由机械能守恒定律可得m=m+×4m,解得vB=-v0,对B由动量定理可得I=mvB-mv0=-mv0,合外力对B的冲量大小为mv0,故B正确;
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对B由动能定理得W=m-m=-m,故C错误;
B沿A上升到最大高度时,两者速度相等,在水平方向上,由动量守恒定律可得mv0=(m+4m)v,由机械能守恒定律可得m=(m+4m)v2+mgh,解得h=,故D正确。
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6.(2025·莆田市高二期末)如图甲所示,一质量为0.2 kg的物块B与轻质弹簧连接,静止在光滑水平面上,物块A向右运动。已知t=0时A刚与弹簧接触,t1时弹簧压缩至最短,此过程A、B的v-t图像如图乙所示,弹簧始终处于弹性限度内,求:
(1)物块A的质量;
答案 1 kg
物块A、B及弹簧组成的系统动量守恒,根据动量守恒定律可知
mAv1=(mA+mB)v共
其中v1=1.2 m/s,v共=1.0 m/s,
解得mA=1 kg
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(2)此过程中,弹簧弹性势能的最大值;
答案 0.12 J
当弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹性势能最大,
则mA=Ep+(mA+mB)
代入数据解得Ep=0.12 J
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(3)当弹簧恢复至原长的瞬间,物块A的速度大小。
答案 0.8 m/s
从A刚与弹簧接触到弹簧恢复至原长的过程由动量守恒,
有mAv1=mAv1'+mBv2'
mA=mAv1'2+mBv2'2
代入数据解得v1'=0.8 m/s。
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7.质量均为2 kg的甲、乙两物块在光滑水平面上相向运动,如图所示,其中甲物块上固定有一水平轻弹簧,其速度大小为4 m/s;乙物块的速度大小为5 m/s,则
A.当甲物块的速率减为零时,甲、乙间距最近
B.甲、乙两物块在弹簧压缩过程中,系统机械能守恒,但动量不守恒
C.乙物块可能以5 m/s返回
D.当甲物块的速率为3 m/s时,乙物块的速率可能为4 m/s,也可能为
2 m/s
√
能力综合练
根据题意可知,当甲、乙速度相等时,甲、乙距离最近,规定向左为正方向,由动量守恒定律有m乙v乙-m甲v甲=(m甲+m乙)v,解得v=0.5 m/s,故A错误;
由题意知,弹簧的质量不计,甲、乙两物块在弹簧压缩的过程中,所受的合外力为零,系统动量守恒,机械能守恒,故B错误;
根据题意,规定向左为正方向,当弹簧恢复原长时,由动量守恒定律
和能量守恒定律有m乙v乙-m甲v甲=m甲v甲'+m乙v乙',m甲+m乙=
m甲v甲'2+m乙v乙'2,解得v甲'=5 m/s,v乙'=-4 m/s,即乙物块弹回的速度的大小最大为4 m/s,故C错误;
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当甲物块的速率为3 m/s时,若方向向右,规定向左为正方向,由动量守恒定律有m乙v乙-m甲v甲=m乙v乙1-m甲v甲1,解得v乙1=4 m/s,若方向向左,规定向左为正方向,由动量守恒定律有m乙v乙-m甲v甲=m乙v乙1'+m甲v甲1',解得v乙1'=-2 m/s,故D正确。
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8.(多选)如图所示,水平面上有一质量为2M、半径为R(R足够大)的圆弧曲面体C,质量为M的小球B置于其底端,另一小球A质量为,小球A以
v0=6 m/s的速度向B运动,并与B发生弹性碰撞,不计一切摩擦,小球均可视为质点,则
A.B的最大速率为4 m/s
B.B运动到最高点时的速率为 m/s
C.B能与A再次发生碰撞
D.B不能与A再次发生碰撞
√
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A与B发生弹性碰撞,取水平向右为正方向,根据动量守恒定律和机械能守恒定律得v0=vA+MvB,·=·+·M,解得vA=-2 m/s,vB=4 m/s,故B的最大速率为4 m/s,故A正确;
B冲上C并运动到最高点时二者共速,设为v,B、C组成的系统在水平方向上动量守恒,则MvB=(M+2M)v,解得v= m/s,故B错误;
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从B冲上C然后又滑下的过程,设B、C分离时速度分别为vB'、vC',由水平方向动量守恒有MvB=MvB'+2MvC',由机械能守恒定律有·M= ·MvB'2+·2MvC'2,解得vB'=- m/s,由于|vB'|<|vA|,所以二者不会再次发生碰撞,故C错误,D正确。
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9.(多选)(2025·福州市高二期末)如图所示,质量均为m的木块A、B与轻弹簧相连,置于光滑水平桌面上处于静止状态,与木块A、B完全相同的木块C以速度v0与木块A碰撞并粘在一起,则从木块C与木块A碰撞到弹簧压缩到最短的整个过程中,下列说法正确的是
A.木块A、B、C和弹簧组成的系统动量守恒,
机械能守恒
B.木块C与木块A碰撞结束时,木块C速度为
C.弹簧的最大弹性势能为m
D.弹簧的最大弹性势能小于木块A、B、C和弹簧组成系统的动能减少量
√
√
木块A、B、C和弹簧组成的系统所受合外力为零,所以系统动量守恒;木块C与A碰撞并粘在一起,此过程系统机械能有损失,故系统机械能不守恒,故A错误;
木块C与A碰撞并粘在一起,根据动量守恒定律得mv0=2mv1,解得碰撞结束时木块A、C速度为v1=,故B正确;
弹簧压缩到最短时,弹性势能最大,此时木块A、B、C具有相同的速度,根据系统动量守恒可得2mv1=3mv2,解得v2=;
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根据能量守恒可得弹簧的最大弹性势能为Ep=×2m-×3m= m,故C错误;
木块A、B、C和弹簧组成系统的动能减少量为ΔEk=m-×3m= m,则有Ep<ΔEk,故D正确。
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10.如图所示,将一半径R=0.3 m、质量M=3 kg的光滑半圆槽置于光滑水平面上,槽的左侧靠在固定的竖直墙壁上。现让一质量m=1 kg的小球(可视为质点)自左侧槽口A点正上方的B点从静止开始落下,A、B间的距离h=0.5 m,小球与半圆槽相切滑入槽内。已知重力加速度g=10 m/s2,不计空气阻力,求:
(1)小球运动到半圆槽最低点时的速度大小v0;
答案 4 m/s
小球从静止开始自由下落到滑至半圆槽最低点的过程,根据机械能守恒定律有mg(h+R)=m,解得v0=4 m/s
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(2)小球第一次离开半圆槽时的速度大小v1;
答案 m/s
小球即将离开半圆槽时,小球和半圆槽在水平方向上速度相同,设其为v,小球从半圆槽内最低点运动到即将离开半圆槽的过程中,根据水平方向系统动量守恒有mv0=(M+m)v,得:v=1 m/s
根据机械能守恒定律有mgh=m+Mv2
联立解得v1= m/s
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(3)小球第一次离开半圆槽后,能够上升的最大高度H。
答案 0.3 m
小球离开半圆槽后向上做斜上抛运动,当竖直方向的分速度等于0时,小球上升的高度最大,小球离开半圆槽时竖直方向的分速度
v1y== m/s
竖直方向有=2gH,解得H=0.3 m。
11.(2025·泉州市高二期中)在相互平行且足够长的两根水平光滑的硬杆上,穿着三个半径相同的刚性球A、B、C,三球的质量分别为mA=1 kg、mB=2 kg、mC=6 kg,初状态B、C球之间连着一根轻质弹簧并处于静止状态,B、C连线与杆垂直并且弹簧刚好处于原长状态,A球以v0=9 m/s的速度向左运动,与同一杆上的B球发生完全非弹性碰撞(碰撞时间极短),求:
(1)A球与B球碰撞中损耗的机械能;
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尖子生选练
答案 27 J
A、B发生完全非弹性碰撞,根据动量守恒定律有mAv0=(mA+mB)v1
碰后A、B的共同速度v1=v0=3 m/s
损失的机械能ΔE=mA-(mA+mB)=27 J
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(2)在以后的运动过程中弹簧的最大弹性势能;
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答案 9 J
A、B、C系统所受合外力为零,动量守恒,机械能守恒,三者速度相同时,弹簧的弹性势能最大
根据动量守恒定律有(mA+mB)v1=(mA+mB+mC)v2
三者共同速度v2=v1=1 m/s
最大弹性势能Epm=(mA+mB)-(mA+mB+mC)=9 J
(3)在以后的运动过程中B球的最小速度。
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答案 零
三者第一次有共同速度时,弹簧处于伸长状态,A、B在前,C在后。此后C向左加速,A、B的加速度沿杆向右,直到弹簧恢复原长,故A、B继续向左减速,若能减速到零则再向右加速。
弹簧第一次恢复原长时,取向左为正方向,根据动量守恒定律有:(mA+mB)v1=(mA+mB)v3+mCv4
根据机械能守恒定律(mA+mB)=(mA+mB)+mC
此时A、B的速度v3=v1=-1 m/s
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C的速度v4=v1=2 m/s
可知碰后A、B已由向左的共同速度v1=3 m/s减小到零后反向加速到向右的1 m/s,故B的最小速度为零。
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