碰撞速度公式

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1、由于弹性碰撞后的速度公式不好推导, 该公式又比较繁杂不好记。 因此导致这类考题的得分率一直较低。下面探讨一下该公式的巧记方法。一、“一动碰一静”的弹性碰撞公式问题:如图 1 所示,在光滑水平面上,质量为m1的小球,以速度v1与原来静止的质量为 m2的小球发生对心弹性碰撞,试求碰撞后它们各自的速度?图 1设碰撞后它们的速度分别为v1和 v2,在弹性碰撞过程中,分别根据动量守恒定律、机械能(动能)守恒定律得:m1v1=m1v1+m2v2由由由/联立解得上面式的右边只有分子不同, 但记忆起来容易混。为此可做如下分析: 当两球碰撞至球心相距最近时,两球达到瞬时的共同速度v共,由动量守恒定律得:m1v1

2、= (m1+m2) v共解出 v共=m1v1 /(m1+m2) 。而两球从球心相距最近到分开过程中, 球 m2继续受到向前的弹力作用,因此速度会更大,根据对称可猜想其速度恰好增大一倍即,而这恰好是式, 因此式就可上述推理轻松记住,式也就不难写出了。如果式的分子容易写成 m2m1,则可根据质量 m1的乒乓球以速度 v1去碰原来静止的铅球 m2,碰撞后乒乓球被反弹回,因此 v1应当是负的(v1m2,才有v10。否则,若v10,即入射球m1返回,由于摩擦,入射球 m1再回来时速度已经变小了,不再是原来的v1了。另外,若将上面的式变形可得:0 等于碰撞后两球相互分开的相对速度容易解得式。二、“一动碰一

3、动”的弹性碰撞公式问题:如图 2 所示,在光滑水平面上,质量为m1、m2的两球发生对心弹性碰撞,碰撞前速度分别为 v1和 v2,求两球碰撞后各自的速度?,即碰撞前两球相互靠近的相对速度v1。由此可轻松记住式。再结合式也可很图 2设碰撞后速度变为 v1和 v2,在弹性碰撞过程中,分别根据动量守恒定律、机械能守恒定律得:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2由由由/由式可以解出要记住上面式更是不容易的, 而且推导也很费时间。 如果采用下面等效的方法则可轻松记住。m1、m2两球以速度 v1和 v2发生的对心弹性碰撞,可等效成m1以速度 v1去碰静止的 m2球,再同时加上m2球以速度碰静止的 m1球。

4、因此由前面“一动碰一静”的弹性碰撞公式,可得两球碰撞后各自的速度+;+,即可得到上面的式。,即碰撞前两球相互靠近的相对速度。由此可轻松记住式,再结合式可解另外,若将上面的式变形可得:v1- v2等于碰撞后两球相互分开的相对速度得式。例题:例题:如图 3 所示,有大小两个钢球,下面一个的质量为m2,上面一个的质量为m1,m2=3m1。它们由地平面上高 h 处下落。假定大球在和小球碰撞之前,先和地面碰撞反弹再与正下落的小球碰撞,而且所有的碰撞均是弹性的,这两个球的球心始终在一条竖直线上,则碰后上面 m1球将上升的最大高度是多少?图 3解法解法 1 1:设两球下落 h 后的速度大小为 v1,则v12

5、=2gh选向上为正方向, m2球与地面碰撞后以速度 v1反弹并与正在以速度v1下落的 m1球发生弹性碰撞,设 m1和 m2两球碰撞后瞬间的速度分别变为v1和 v2,在弹性碰撞过程中,分别根据动量守恒定律、机械能(动能)守恒定律得:m1(v1)+m2v1=m1v1+m2v2将 m2=3m1代入,得2v1=v1+3v2由式消去 v2得:即故解出 v1=v1(舍去,因为该解就是m1球碰前瞬间的速度)v1=2v1设碰后上面球 m1上升的最大高度为 h,则0v12=2gh联立式解出 h=4h。解法解法 2 2:在解法 1 中,列出式后,可根据前面介绍的用等效法得到的“一动碰一动”的弹性碰撞公式,求出 m

6、1球碰撞后瞬间的速度 v1。选向上为正方向,m1、m2两球分别以速度v1和 v1发生对心弹性碰撞,可等效成 m1以速度v1去碰静止的 m2球, 再同时加上 m2球以速度 v1碰静止的 m1球。 因此 m1球碰撞后的速度+将 m2=3m1代入得 v1=2v1。以下同解法 1。解法解法 3 3:在解法 1 中,列出式后,也可根据前面介绍的用等效法得到的 “一动碰一动”的弹性碰撞公式,求出 m2球碰撞后瞬间的速度 v2。选向上为正方向,m1、m2两球以速度v1和 v1发生的对心弹性碰撞,可等效成m1以速度v1去碰静止的 m2球, 再同时加上 m2球以速度 v1碰静止的 m1球。 因此碰撞后 m2球的

7、速度+将 m2=3m1代入解得 v2=0。从 m1球开始下落到 m1球上升的最大高度,对 m1、m2两球组成的系统,由能量守恒得:(m1+m2)gh= m1gh故解出 h=4h。解法解法 4 4:设两球下落 h 后的速度大小为 v1,则v12=2gh选向上为正方向, m2球与地面碰撞后以速度 v1反弹并与正在以速度v1下落的 m1球发生弹性碰撞,若以 m2球为参考系,则 m1球以相对 m2球为2v1的速度去碰静止的 m2球,由“一动碰一静”的弹性碰撞公式得:由于碰前 m2球对地的具有向上的速度v1,故碰后 m1球对地的速度为:以下同解法 1。+ v1=2v1。上面的解法 1 属于常规的数学解法, 求解比较麻烦,用时间也比较长而且容易出错。 而解法 2、3、4 直接应用巧记得到的弹性碰撞速度公式求解,简单而不易出错,是比较好的选择。

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