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8.3 常见题型

动量守恒定律及其在碰撞与反冲中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 基于动量守恒与能量关系,解决弹性、非弹性及完全非弹性碰撞的定量计算与定性判断。

从哪来 本知识点建立在7.3 碰撞问题、5.1 动量与动能公式、5.3 碰后速度关系、3.4 动量守恒的判断、7.2 系统动量守恒、6.2 子弹打木块、3.3 公式、3.2 条件之上。

为什么 碰撞过程时间极短,内力远大于外力,故系统动量守恒(依据7.2、3.4)。但机械能是否守恒取决于碰撞性质:弹性碰撞动能无损失,非弹性碰撞部分动能转化为内能。解题核心在于联立动量守恒方程(矢量性)与能量方程(标量性),利用5.3 碰后速度关系中的不等式或等式约束,确定末态速度的唯一解或范围。

讲法
适合:逻辑严密、擅长代数运算的学生 采用“方程组法”。强调碰撞问题的标准解题流程: 1. 明确系统,判断动量守恒(3.4)。 2. 列出动量守恒方程 $m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$。 3. 根据碰撞类型列出能量方程: - 弹性:$\frac{1}{2}m_1v_1^2 + \frac{1}{2}m_2v_2^2 = \frac{1}{2}m_1v_1'^2 + \frac{1}{2}m_2v_2'^2$ - 完全非弹性:$v_1' = v_2'$ - 非弹性:$E_k' < E_k$ 4. 联立求解。强调5.1 动量与动能公式的准确代入,避免符号错误。
适合:直觉较强、喜欢物理图像的学生** 采用“相对速度法”与“质心系法”。 1. 引入**5.3 碰后速度关系
对于弹性碰撞,分离速度等于接近速度,即 $v_2' - v_1' = v_1 - v_2$。 2. 推导结论:若 $m_2$ 静止,则 $v_1' = \frac{m_1-m_2}{m_1+m_2}v_1$,$v_2' = \frac{2m_1}{m_1+m_2}v_1$。 3. 通过6.2 子弹打木块模型,展示完全非弹性碰撞中动能损失最大,且共速 $v = \frac{m_1}{m_1+m_2}v_1$。 4. 利用物理图像理解:质量大撞质量小,大球反弹;质量小撞质量大,小球反弹。
讲法
适合:基础薄弱、容易混淆概念的学生 采用“分类对比法”。 制作表格对比三种碰撞: | 类型 | 动量 | 动能 | 特征速度关系 | | :--- | :--- | :--- | :--- | | 弹性 | 守恒 | 守恒 | $v_{sep} = v_{app}$ | | 非弹性 | 守恒 | 减少 | $v_{sep} < v_{app}$ | | 完全非弹性 | 守恒 | 损失最大 | $v_1' = v_2'$ | 结合3.2 条件,强调只有在水平光滑面上或内力远大于外力时,才能直接用7.2 系统动量守恒。通过3.3 公式的反复套用,建立肌肉记忆。
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练一道
基础题
质量 $m_1=2kg$ 的滑块 A 以 $v_0=6m/s$ 的速度在光滑水平面上撞击静止的质量 $m_2=1kg$ 的滑块 B。若碰撞为弹性碰撞,求碰后 A、B 的速度。
变式
同上题数据,若 A 与 B 发生完全非弹性碰撞(碰后粘在一起),求碰后共同速度及系统损失的动能。
试试手自己判
检测题
质量 $m$ 的小球 A 以速度 $v$ 撞击静止的质量 $2m$ 的小球 B。若碰撞后 A 球速度变为 $-v/3$(反向),求 B 球的速度,并判断该碰撞是否为弹性碰撞。
看答案和判分标准
答案:1. 由动量守恒:$mv = m(-v/3) + 2mv_B$ $mv = -mv/3 + 2mv_B \Rightarrow 4mv/3 = 2mv_B \Rightarrow v_B = 2v/3$ 2. 初动能 $E_{k0} = \frac{1}{2}mv^2$ 末动能 $E_{k1} = \frac{1}{2}m(-v/3)^2 + \frac{1}{2}(2m)(2v/3)^2 = \frac{1}{18}mv^2 + \frac{8}{18}mv^2 = \frac{9}{18}mv^2 = \frac{1}{2}mv^2$ 因为 $E_{k0} = E_{k1}$,所以是弹性碰撞。
判对标准:
1. 正确列出动量守恒方程并解出 $v_B = 2v/3$(占 50% 分)。
2. 正确计算前后动能并比较,得出“弹性碰撞”结论(占 50% 分)。若只算速度未判断,得 50% 分;若判断错误,得 0 分。
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