一维完全弹性碰撞——问题与解决方案

1. 一个质量为200克的球A以10米/秒的速度运动,撞击一个静止的质量为200克的球B。碰撞后,球A和球B的速度分别是多少?

已知:

球A的质量(m<sub> A</sub> )= 200克 = 0.2千克

球B的质量(m<sub> B</sub> )= 200克 = 0.2千克

碰撞前球 A 的速度 (v<sub> A</sub> ) = 10 m/s

碰撞前球B的速度(v<sub> B</sub> )= 0

求:碰撞后球A的速度(v<sub> A '</sub>)和球B的速度(v<sub> B '</sub>)。

解决方案:

v A ' = v B = 0

vB ' = vA = 10 米/秒

参见  正压力——问题与解决方案

2. 两个质量相等的物体相互靠近、碰撞,然后反弹。碰撞前物体 A 的速度为 8 m/s,物体 B 的速度为 12 m/s。碰撞后物体 A 和物体 B 的速度大小和方向分别是多少?

已知:

质量 A (m A ) = m

质量 B (m B ) = m

碰撞前质量为 A 的物体的速度 (v<sub> A</sub> ) = -8 m/s

碰撞前质量为 B 的物体的速度 (v_B ) = 12 m/s

加号和减号表示物体向相反方向运动。

求:碰撞后质量为A的物体(v<sub> A '</sub>)和质量为B的物体(v<sub> B '</sub>)的速度的大小和方向。

解决方案:

在完全弹性碰撞中,如果物体的质量相等,则碰撞后 A 的速度 (v A ') = 碰撞前 B 的速度 (v B ),碰撞后 B 的速度 (v B ') = 碰撞前 A 的速度 (v A )。

如果在碰撞前,A 向右移动,B 向左移动,那么碰撞后,A 向左移动,B 向右移动。

两个物体的质量相等,碰撞是完全弹性碰撞,因此两个物体交换了速度。

v A ' = -v B = -12 米/秒

vB ' = vA = 8 米/秒

加号和减号表示物体向相反方向运动。

参见  变压器和电能——问题与解决方案

3. 一个质量为 2 kg 的物体 A 以 10 m/s 的速度运动,撞击一个质量为 4 kg 的球 B,球以 20 m/s 的速度运动。如果碰撞是完全弹性碰撞,那么碰撞后物体 A 和物体 B 的速度分别是多少?

已知:

质量 A (m A ) = 2 kg

质量 B (m B ) = 4 kg

碰撞前物体 A 的速度 (v<sub> A</sub> ) = 10 m/s

碰撞前物体 B 的速度 (v<sub> B</sub> ) = 20 m/s

:碰撞后物体A的速度(v<sub> A '</sub>)和物体B的速度(v<sub> B '</sub>)。

解决方案

完全弹性碰撞中,如果两个物体的质量相等且相互靠近,则碰撞后物体的速度可以用以下公式计算:

一维完全弹性碰撞——问题与解决方案 1

碰撞后物体A的速度:

一维完全弹性碰撞——问题与解决方案 2

参见  机械能——问题与解决方案

4. 一个质量为100克的物体以20米/秒的速度撞击一面墙,发生完全弹性碰撞。碰撞后物体的速度大小和方向是什么?

已知:

质量 (m A ) = 100 克 = 0.1 千克

墙体质量(m B )= 无穷大

碰撞前物体的速度 (v<sub> A</sub> ) = 20 m/s

碰撞后物体的速度 (v<sub> B</sub> ) = 0

:碰撞后速度的大小和方向

解决方案:

如果 v B = 0,m A非常小,m 2非常大,则 v A ' = -v A且 v 2 ' = 0。

加号和减号表示物体向相反方向运动。

5.下图显示了质量分别为2千克5千克的两个球A碰撞前后的状态。如果碰撞是完全弹性碰撞,那么碰撞前球A的速度是多少?

已知:

球的质量 A) = 2 千克完全弹性碰撞——问题与解决方案 1

球 B 的质量(m<sub> B</sub> ) = 5 kg

碰撞前球B的速度(v<sub> B</sub> ) = 2 m/s

碰撞后球 A 的速度(v A ') = 5 m/s

碰撞后球 B 的速度(v B ') = 4 m/s

两个球都向右运动,所以它们的速度均为正值。

求:碰撞前球 A 的速度(v A )

解决方案:

mA vA + 米B vB =米A vA' + mB vB

2(v A ) + (5)(2) = (2)(5) + (5)(4)

2(v A ) + 10 = 10 + 20

2(v A ) + 10 = 30

2(v A ) = 30 – 10

2(v A ) = 20

v A = 20/2

v A = 10 米/秒

参见  功-机械能原理——问题与解决方案

6.如图所示,物体A和B沿水平面运动。如果碰撞是完全弹性碰撞,且碰撞后物体B的速度为15 m/s ,那么碰撞后物体A的速度是多少?

已知:

物体的质量 A) = 5 千克完全弹性碰撞——问题与解决方案 2

物体B的质量(m<sub> B</sub> ) = 2 kg

碰撞前物体 A 的速度(v<sub> A</sub> ) = 12 m/s

碰撞前物体 B 的速度(v<sub> B</sub> ) = 10 m/s

碰撞后物体 B 的速度(v<sub> B</sub> ') = 15 米/秒

碰撞前后,两个物体都向右运动,因此它们的速度方向均为正。

求:碰撞后物体 A 的速度(v A ')

解决方案:

mA vA + 米B vB =米A vA' + mB vB

(5)(12) + (2)(10) = (5)v A ' + (2)(15)

60 + 20 = (5)v A ' + 30

80 = (5)v A ' + 30

80 – 30 = (5)v A '

50 = (5)v A '

v A ' = 50/5

v A ' = 10 米/秒

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