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2017-2018学年高中物理选修3-5浙江专版讲义:第十六章 第4节 碰 撞 含答案 精品

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选项A错误,B正确;选项C不满足动量守恒条件,选项C错误;选项D满足动量守恒条件,且碰后总动能小于碰前总动能,但碰后甲球速度大于乙球速度,不合理,选项D错误。

二、多项选择题

5.质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ。初始时小物块静止在箱子正中间,如图所示。现给小物块一水平向右的初速度v,小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间,并与箱子保持相对静止。设碰撞都是弹性的,则整个过程中,系统损失的动能为( )

1

A.mv2 21

C.NμmgL 2

1mM2B.·v 2m+M D.NμmgL

解析:选BD 小物块与箱子作用过程中满足动量守恒,最后恰好又回到箱子正中间,11

二者相对静止,即为共速,设速度为v1,mv=(m+M)v1,系统损失动能Ek=mv2-(M+

22

2

1Mmv

m)v1=·,A错误,B正确;由于碰撞为弹性碰撞,故碰撞时不损失能量,系统损失

2M+m

2

的动能等于系统产生的热量,即ΔEk=Q=NμmgL,C错误,D正确。

6.如图所示,用两根长度都等于L的细绳,分别把质量相等、大小相同的a、b两球悬于同一高度,静止时两球恰好相接触。现把a球拉到细绳处于水平位置,然后无初速释放,当a球摆动到最低位置与b球相碰后,b球可能升高的高度为( )

111

A.L B.L C.L D.L

248

1

解析:选ABC 小球a向下摆动的过程,机械能定恒,则有:mgL=mv2,v=2gL,

2当两球发生弹性碰撞时,b获得的速度最大。由于两球质量相等,发生弹性碰撞时两球交换速度。则得b球获得的速度最大值为vmax=v=2gL;当两球发生完全非弹性碰撞,即碰撞1

合在一起时,b获得的速度最小,设为vmin,根据动量守恒得:mv=2mvmin,得vmin=v

211

=2gL;b球向上摆动的过程中,机械能守恒,则有:mvmax2=mghmax,则得,b球上摆22vmax2vmin212的高度最大为:hmax==L,mvmin=mghmin,则得,b球上摆的高度最小为:hmin=

2g22g11

=L,所以b球上摆的最大高度范围为:L≤h≤L,故A、B、C正确。 44

三、非选择题

7.如图所示,竖直平面内的圆弧轨道下端与水平桌面相切,小滑块A和B分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。现将A无初速度释放,A与B碰撞后结合为一个整体,并沿水平桌面滑动。已

知圆弧轨道光滑,半径R=0.2 m;A和B的质量相等;A和B整体与桌面之间的动摩擦因数μ=0.2。重力加速度g取10 m/s2。求:

(1)碰撞前瞬间A的速率v;

(2)碰撞后瞬间A和B整体的速率v′; (3)A和B整体在桌面上滑动的距离l。 解析:设滑块的质量为m。 (1)根据机械能守恒定律 1mgR=mv2

2

得碰撞前瞬间A的速率v=2 m/s。 (2)根据动量守恒定律mv=2mv′ 得碰撞后瞬间A和B整体的速率 1

v′=v=1 m/s。

2(3)根据动能定理 1

×2mv′2=μ·2mgl 2

得A和B整体沿水平桌面滑动的距离 l=0.25 m。

答案:(1)2 m/s (2)1 m/s (3)0.25 m

8.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,共同在力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vt=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v的大小; (3)A的上表面长度l。

解析:(1)以A为研究对象,由牛顿第二定律有 F=mAa

代入数据解得a=2.5 m/s2。

(2)对A、B碰撞后共同运动t=0.6 s的过程,由动量定理得Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v 代入数据解得v=1 m/s。

(3)设A、B发生碰撞前,A的速度为vA,对A、B发生碰撞的过程,由动量守恒定律有mAvA=(mA+mB)v

A从开始运动到与B发生碰撞前,由动能定理有 1

Fl=mAvA2

2

联立以上各式,代入数据解得 l=0.45 m。

答案:(1)2.5 m/s2 (2)1 m/s (3)0.45 m

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选项A错误,B正确;选项C不满足动量守恒条件,选项C错误;选项D满足动量守恒条件,且碰后总动能小于碰前总动能,但碰后甲球速度大于乙球速度,不合理,选项D错误。二、多项选择题5.质量为M、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上,箱子中间有一质量为m的小物块,小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ。初始时小物块静止在箱子正中间,如图所示。现给小物块一水平向右的初速度v
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