碰撞与类碰撞(原稿)

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当铁块回到小车右端时,将( D ) A.以速度v做平抛运动 B.以小于v的速度做平抛运动 C.与小车保持相对静止
D.自由下落
思考:①若m块> m车,则当铁块回到小车右端时,铁块将如何运动? ②若m块< m车,则当铁块回到小车右端时,铁块将如何运动?
3、类碰撞问题(3)——等距双棒模型
水平放置的无限长的平行光滑金属轨道相距l=0.5m。金 属棒1和2可在轨道上滑动且接触良好,质量分别为m1和 m2,电阻分别为R1和R2,轨道的电阻不计。 整个装置放在竖直向上的磁感强度为B的匀强磁场中。 若1棒静止,而使2棒以初速度v0开始向右运动。分析两 棒运动过程的特点。
A.pA′=6 kg·m/s,pB′=6 kg·m/s
B.pA′=8 kg·m/s,pB′=4 kg·m/s
C.pA′=-2 kg·m/s,pB′=14 kg·m/s
D.pA′=-4 kg·m/s,pB′=17 kg·m/s
二、类碰撞问题
1、类碰撞问题(1)——弹簧模型
m2 m1
v0
在光滑水平面上有通过轻弹簧相连的两个小球, 初始弹簧处于自然长,m1具有初速v0,m2静止,以两 小球和弹簧为系统:
习题3:如图所示,电阻均为R的金属棒a、b,a棒的质量 为m,b棒的质量为M,放在如图所示光滑的轨道的水平部 分,水平部分有如图所示竖直向下的匀强磁场,圆弧部 分无磁场,且轨道足够长;开始给a棒一水平向左的的初 速度v0,金属棒a.b与轨道始终接触良好.且a棒与b棒始 终不相碰。请问: (1)当a.b在水平部分稳定后,速度分别为多少? 损失的机械能多少? (2)设b棒在水平部分稳定后, 冲上圆弧轨道,返回到水平轨 道前,a棒已静止在水平轨道上, 且b棒与a棒不相碰,然后达到 新的稳定状态,最后a,b的末 速度为多少? (3)整个过程中产生的内能是多少?
原长,质量M = 4kg的物体C静止在前方,如图所示。B 与C碰撞后二者粘在一起运动,在以后的运动中,求: (1)当弹簧的弹性势能最大时物体A的速度。 (2)弹性势能的最大值是多大?
(1)当弹簧的压缩量最大时,弹性势能最大, 解析: 此时A、B、C的速度相等。 以A、B、C及弹簧为系统,由动量守恒定律得
1 1 1 2 '2 '2 m1v1 m1v1 m2 v2 2 2 2
解得
(m1 m2 ) v v1 m1 m2
' 1
2m1 v v1 m1 m2
' 2
依据两物体质量的关系,弹性碰撞可能出现的结果有:
依据两物体质量的关系,弹性碰撞可能出现 的结果有:
① 若m1=m2 ,可得v1’=0 ,v2’=v1 相当于两物体交换速度 ② 若m1>m2 ,则v1’>0,v2’ >0,且v2’ > v1’ 碰撞后两者的速度方向,均与碰撞前m1方向相同
棒1做加速度变小的加速运动
v v0 v共
O
最终两棒具有共同速度
t
4.两个规律
(1)动量规律 两棒受到安培力大小相等方向相反, 1 系统外力矢量和为零,系统动量守恒. 最终两棒共速时,有
B
v0 2
m2v0 ( m1 m2 )v共
(2)能量转化规律 系统机械能的减小量等于内能的增加量. 最终两棒共速时,类似于完全非弹性碰撞.
①当弹簧拉伸到最长或者压缩到最短,此时两个 小球具有共同的速度,该过程类似完全非弹性碰撞; ②运动过程中,当弹簧再次达到自然长时,这个 过程,类似弹性碰撞。
例2.在光滑水平面上有两个相同的小球 A、B通过轻
弹簧相连。两球质量都为 m,B球静止, A球向B球运 动。当弹簧第一次压缩最紧时弹性势能为Ep,则碰前 A球的速度等于( Biblioteka Baidu )
——水平方向动量守恒
①当滑块上升到最高点时,此时滑块与凹槽具有 共同的速度,该过程类似完全非弹性碰撞; ②当滑块再次回到水平面时,系统在这个过程中 类似弹性碰撞。
例 3 .如图所示,带有光滑弧形轨道的小车质量为 m , 静止在光滑水平面上,一质量也是 m 的铁块,以速度 v
沿轨道水平端向上滑去,至某一高度后再向下返回,则
碰撞 与 类碰撞
一、碰撞
碰撞过程十分短暂 碰撞物体间的内力远比周围物体给它们的力大
碰撞的特征(1)—— 系统动量守恒
根据碰撞过程,系统动能的变化,碰撞可分为: 1、弹性碰撞: 碰撞后,系统总动能不变
若质量为m1的物体以v1,与静止的m2发生弹性碰撞:
m1v1 m v m v
' 1 1
' 2 2
1 1 2 2 m2 v0 ( m1 m2 )v共 +Q 2 2 Q1 R1 两棒产生焦耳热之比: Q2 R2
例4.无限长的平行金属轨道M、N,相距L=0.5m,且水 平放置;金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动,两金属棒 的质量mb=mc=0.1kg,电阻Rb=Rc=1Ω,轨道的电阻不 计.整个装置放在磁感强度B=1T的匀强磁场中,磁场方向 与轨道平面垂直(如图).若使b棒以初速度v0=10m/s开始向 右运动,求: (1)c棒的最大加速度;
即A的速度为3 m/s,仍沿原方向运动
(2)以B、C为系统,由动量守恒定律得B、C碰撞时
由能量守恒可得 解得:△EP=12J
习题2:A、B两物体位于光滑水平面上,沿同一直线运动,当 它们之间的距离大于等于某一定值d时,相互作用力为零;当 它们之间的距离小于d时,存在大小恒为F的斥力. 设A物体质量m1=1.0kg,开始时静止在直线上某点;B物体 质量m2=3.0kg,以速度v0从远处沿该直线向A 运动,如图所示, 若d=0.10m,F=0.60N,v0=0.20m/s,求: (1)相互作用过程中A、B加速度的大小; (2)从开始相互作用到A、B间的距离最小时,系统动能的减 少量; (3)A、B间的最小距离.
F BIL
F B 2 L2v0 联立得此时c棒加速度为: a mc 4m R
解得:
a 6.25m
s2
例4.无限长的平行金属轨道M、N,相距L=0.5m,且水 平放置;金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动,两金属棒 的质量mb=mc=0.1kg,电阻Rb=Rc=1Ω,轨道的电阻不 计.整个装置放在磁感强度B=1T的匀强磁场中,磁场方向 与轨道平面垂直(如图).若使b棒以初速度v0=10m/s开始向 右运动,求: (3)c棒的最大速度;
损失的动能转化为其它形式的能量 碰撞的特征(2)—— 系统动能不增
碰撞的特征(3)—— 速度合理性
例 1 .质量相等的 A 、 B 两球在光滑水平面上均向右沿 同一直线运动,A球的动量为pA=9 kg·m/s,B球的动
量为pB=3 kg·m/s,当A球追上B球时发生碰撞,则碰
后A、B两球的动量可能值是( A )
B
v0 1 2
等距双棒模型特点分析:
1.电路特点 棒2相当于电源;棒1受安培力而加 速起动,运动后产生反电动势. 2.电流特点
1
B
v0 2
Blv2 Blv1 Bl( v2 v1 ) I R1 R2 R1 R2
随着棒2的减速、棒1的加速,两棒的相对速 度v2-v1变小,回路中电流也变小。
两 个 极 值 最大电流
Blv0 当v1=0时: I m R1 R2
当v2=v1时: I=0
最小电流
B 3.两棒的运动情况特点
2 2 B l ( v2 v1 ) 安培力大小: FB BIl R1 R2
v0 1 2
两棒的相对速度变小,感应电流变小,安培力变小.
棒2做加速度变小的减速运动
解析: 取两棒为系统,根据动量守恒定律有: 3 mv0 m v0 mv ' 4
因b棒和c棒切割磁感线产生的感应电动势相互削弱,此时回路 中的感应电动势为: 3 E Eb Ec BL v0 BLv 4
E 由闭合电路欧姆定律得此时通过两棒的电流为: I 2R
此时c棒所受的安培力为:
解析: b棒刚开始运动时回路中的感应电流为:
I Blv0 E 1 0.5 10 A 2.5 A Rb Rc Rb Rc 11
且此时c棒的加速度最大:
BIl 1 2.5 0.5 m m 2 a 2 12.5 s s mc 0.1
例4.无限长的平行金属轨道M、N,相距L=0.5m,且水 平放置;金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动,两金属棒 的质量mb=mc=0.1kg,电阻Rb=Rc=1Ω,轨道的电阻不 计.整个装置放在磁感强度B=1T的匀强磁场中,磁场方向 与轨道平面垂直(如图).若使b棒以初速度v0=10m/s开始向 右运动,求: (2)当b棒的速度变为初速度的3/4时, c棒的加速度是多少?
v0 m v0 m v1 2m 4
由能量守恒定律,回路中产生的焦耳热为
v0 2 1 2 1 2 1 Q m v0 m v1 2m( ) 2 2 2 4
5 2 Q mv 解得 0 16
——类非弹性碰撞
习题1:用轻弹簧相连的质量均为 m=2kg的A、B两物体
都以v=6m/s的速度在光滑的水平地面上运动,弹簧处于
③若m1<m2 , 则v1’<0;且v2’一定大于0 碰撞后质量小的物体被弹回,质量大的被撞出去
根据碰撞过程,系统动能的变化,碰撞可分为:
1、弹性碰撞: 碰撞后,系统总动能不变 2、非弹性碰撞: 碰撞后,系统总动能减少
完全非弹性碰撞: 物体碰撞后结合为一体,具有相同的速度, 这种碰撞系统的动能损失最大
解析:根据能量守恒定律得整个过程中产生的焦
耳最多时是两棒速度相等时,而且最多的 焦耳热为两棒此时减小的机械能:
1 1 2 2 Q mb v0 (mb mc )vt 2 2 解得: Q 2.5J
例5.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导 轨间距为l.导轨上面横放着两根导体棒PQ和MN,构成矩形回路, 如图所示.导体棒PQ的质量为m、MN的质量为2m,两者的电阻皆为R, 回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的 匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑 行.开始时,棒MN静止处于距导轨右端为d处,PQ棒以大小为v0的初 速度从导轨左端开始运动(如图).忽略回路的电流对磁场产生的 影响. (1)求PQ棒刚开始运动时,回路产生的电流大小. (2)若棒MN脱离导轨时的速度大小为v0/4,则回路中产生的焦耳热 是多少?
(3)若原来回路中靠近MN棒一侧的导轨中串联接有一个恒流电源, 该电源使回路中的电流大小始终保持为I0(沿PMNQP方向),试讨论 MN棒脱离导轨时速度v的大小与d的关系.
解析: (1)由法拉第电磁感应定律,棒PQ产生的电动势 E Blv0
则回路产生的电流大小
Blv0 I 2R
(2)棒PQ和MN在运动过程中始终受到等大反向的安培力, 系统的动量守恒,得
解析:在安培力作用下,b棒减速,c棒
加速,当两棒速度相等时,c棒 达到最大速度。
取两棒为系统,根据动量守恒定律有:
mbv0 (mb mc )vt
mb 1 解得c棒的最大速度为: vt v0 v0 5 m s mb mc 2
例4.无限长的平行金属轨道M、N,相距L=0.5m,且水 平放置;金属棒b和c可在轨道上无摩擦地滑动,两金属棒 的质量mb=mc=0.1kg,电阻Rb=Rc=1Ω,轨道的电阻不 计.整个装置放在磁感强度B=1T的匀强磁场中,磁场方向 与轨道平面垂直(如图).若使b棒以初速度v0=10m/s开始向 右运动,求: (4)两棒运动过程中产生焦耳热 最多是多少?
思考:①当弹簧第一次恢复形变时,A、B的瞬时速度 分别是多少? Ep VA=0、 v 2 B m ②当弹簧第一次拉伸最长时,两球速度有什么特 点?此时弹簧的弹性势能多大? 具有相同速度、E
p
2、类碰撞问题(2)——凹槽滑块模型
在光滑水平面上放置一底部与 水平面相切的足够高的光滑凹槽, 一滑块从水平面上以初速v0冲上凹 槽,以凹槽和滑块为系统:
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