一維完全彈性碰撞—問題與解決方案

1. 質量為200公克的球A以10公尺/秒的速率運動,撞擊一個靜止的質量為200公克的球B。碰撞後,球A和球B的速度分別是多少?

已知:

球A的質量(m<sub> A</sub> )= 200公克 = 0.2公斤

球B的質量(m<sub> B</sub> )= 200公克 = 0.2公斤

碰撞前球 A 的速率 (v<sub> A</sub> ) = 10 m/s

碰撞前球B的速率(v<sub> B</sub> )= 0

求:碰撞後球A的速率(v<sub> A '</sub>)和球B的速率(v<sub> B '</sub>)。

解決方案:

v A ' = v B = 0

vB ' = vA = 10 公尺/秒

[內部審查程序]

2. 兩個質量相等的物體相互靠近、碰撞,然後反彈。碰撞前物體 A 的速率為 8 m/s,物體 B 的速率為 12 m/s。碰撞後物體 A 和物體 B 的速率大小和方向分別是多少?

已知:

質量 A (m A ) = m

質量 B (m B ) = m

碰撞前質量為 A 的物體的速率 (v<sub> A</sub> ) = -8 m/s

碰撞前質量為 B 的物體的速率 (v_B ) = 12 m/s

加號和減號表示物體向相反方向移動。

求:碰撞後質量為A的物體(v<sub> A '</sub>)和質量為B的物體(v<sub> B '</sub>)的速率的大小和方向。

解決方案:

在完全彈性碰撞中,如果物體的質量相等,則碰撞後 A 的速度 (v A ') = 碰撞前 B 的速度 (v B ),碰撞後 B 的速度 (v B ') = 碰撞前 A 的速度 (v A )。

如果在碰撞前,A 向右移動,B 向左移動,那麼碰撞後,A 向左移動,B 向右移動。

兩個物體的質量相等,碰撞是完全彈性碰撞,因此兩個物體交換了速度。

v A ' = -v B = -12 公尺/秒

vB ' = vA = 8 公尺/秒

加號和減號表示物體向相反方向移動。

[內部審查程序]

3. 質量為 2 kg 的物體 A 以 10 m/s 的速率移動,撞擊質量為 4 kg 的球 B,球以 20 m/s 的速率移動。如果碰撞是完全彈性碰撞,那麼碰撞後物體 A 和物體 B 的速率分別是多少?

已知:

質量 A (m A ) = 2 kg

質量 B (m B ) = 4 kg

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

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

求:碰撞後物體A的速率(v<sub> A '</sub>)與物體B的速率(v<sub> B '</sub>)。

解決方案:

在完全彈性碰撞中,如果兩個物體的質量相等且相互靠近,則碰撞後物體的速度可以用以下公式計算:

一維完全彈性碰撞—問題與解決方案 1

碰撞後物體A的速度:

一維完全彈性碰撞—問題與解決方案 2

[內部審查程序]

4. 質量為100公克的物體以20公尺/秒的速度撞擊一面牆,並發生完全彈性碰撞。碰撞後物體的速度大小和方向是?

已知:

質量 (m A ) = 100 克 = 0.1 公斤

牆體質量(mB )=無限大

碰撞前物體的速率 (v<sub> A</sub> ) = 20 m/s

碰撞後物體的速率 (v<sub> B</sub> ) = 0

求:碰撞後速度的大小與方向

解決方案:

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

加號和減號表示物體向相反方向移動。

5.下圖顯示了質量分別為2公斤和5公斤的兩個球A碰撞前後的狀態。如果碰撞是完全彈性碰撞,那麼碰撞前球A的速度是多少?

已知:

球的質量 是A) = 2 kg完全彈性碰撞—問題與解決方案 1

球 B 的質量(m<sub> B</sub> ) = 5 kg

碰撞前球B的速度(v<sub> B</sub> ) = 2 m/s

碰撞後球 A 的速率(v A ') = 5 m/s

碰撞後球 B 的速率(v B ') = 4 m/s

兩個球都向右運動,所以它們的速度都是正值。

求:碰撞前球 A 的速率(v A )

解決方案:

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 公尺/秒

[內部審查程序]

6.如圖所示,物體A和B沿著水平面運動。如果碰撞是完全彈性碰撞,且碰撞後物體B的速度為15 m/s ,則碰撞後物體A的速度是多少?

已知:

物體的質量 是A) = 5 kg完全彈性碰撞—問題與解決方案 2

物體B的質量(m<sub> B</sub> ) = 2 kg

碰撞前物體 A 的速率(v<sub> A</sub> ) = 12 m/s

碰撞前物體 B 的速率(v<sub> B</sub> ) = 10 m/s

碰撞後物體 B 的速率(v<sub> B</sub> ') = 15 公尺/秒

碰撞前後,兩個物體都向右移動,因此它們的速度方向均為正。

求:碰撞後物體 A 的速率(v A ')

解決方案:

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 公尺/秒

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