探究动量守恒定律

用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律,实验装置如图8所示,斜槽与水平槽圆滑连接.安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重锤线所指的位置O.接下来的实验步骤如下: 不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上.重复多次,用尽可能小的圆, 把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置; 把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞.重复多次,并使 用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置; 用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度.怎样判断哪个是哪个球的落点满足m1=2m2 没有说能量守恒

答案:

n点是碰撞后小球2的落点。

p点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

m是碰撞后小球1的落点。

分析:

因为平抛运动的下落高度一样,因此下落的时间一样;

又因为平抛运动的初始位置一样,

所以比较距离就是比较各个小球做平抛运动的初始速度。

下面是求小球平抛的初始速度:

在两实验中,a求落下的高度没变,因此a球到达滑槽末端的速度不变,因此这两组实验的两个系统在开始平抛运动时的初始动量一样

因此在两组实验中,有  m1·v11=m1·v21+m2·v22

(v的第一个后缀是实验序号,第二个是小球序号)

∵ m1=2m2

∴ 2v11=2v21+v22

没说机械能守恒的话就在守恒公式里加个恢复系数e,最后得到

v21=(2-e)v11/3

v22=2(1+e)v11/3

当e=1时为完全弹性碰撞,机械能守恒

v21=v11/3

v22=4v11/3

当e=0时,为完全非弹性碰撞,两球粘合。

v21=v22=2v11/3

可以看出,不管e如何变化,碰撞后的1球速度v21均为最小,对应m点。

在e=1时碰撞后的2球速度大于小球1从斜槽上A点由静止滚下时的速度,

因此

n点是碰撞后小球2的落点。

p点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

而e=0时碰撞后小球2的速度小于小球1从斜槽上A点由静止滚下时的速度。

此时

n点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

p点是碰撞后小球2的落点。

由此可见必定存在一个e值使v22=v11

这里我就不求了,设那个e值为e0。

所以完整结论应该是

设恢复系数系数为e


e=0时

n点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

p、m点重合,是碰撞后两球共同的落点。


0<e<e0时

n点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。。

p点是碰撞后小球2的落点

m是碰撞后小球1的落点。


e=e0时

n点p点重合,是小球1从斜槽上A点由静止滚下的落点与碰撞后小球2的落点。

m是碰撞后小球1的落点。


e0<e≤1时    n点是碰撞后小球2的落点。

p点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

m是碰撞后小球1的落点。


然而显然你在高中遇到的题不会这么麻烦

所以我觉得你们老师应该说过默认情况下小球碰撞问题均视为完全弹性碰撞(机械能守恒),没说过也是出这题的人觉得高中都是完全弹性碰撞所以忘给这条件了。

总之此时取e=1

最终结论是:

n点是碰撞后小球2的落点。

p点是小球1从斜槽上A点由静止滚下时的落点。

m是碰撞后小球1的落点。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2017-01-19

第2个回答  2021-04-17

第3个回答  2019-07-23
一、动量守恒定律
1.定律内容:一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律.
说明:(1)动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来.
(2)相互间有作用力的物体系称为系统,系统内的物体可以是两个、三个或者更多,解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度,合理地选择系统.
2.动量守恒定律的适用条件
系统不受外力或系统所受外力的合力为零,或内力远大于外力.
3.动量守恒的数学表述形式:
(1)p=p′即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量.
(2)δp=0即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成,则可表述为:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(等式两边均为矢量和)
(3)δp1=-δp2
即若系统由两个物体组成,则两个物体的动量变化大小相等,方向相反,此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中,也可能两物体的动量都增大,也可能都减小,但其矢量和不变.
二、碰撞
1.碰撞是指物体间相互作用时间极短,而相互作用力很大的现象.
在碰撞过程中,系统内物体相互作用的内力一般远大于外力,故碰撞中的动量守恒,按碰撞前后物体的动量是否在一条直线区分,有正碰和斜碰,中学物理只研究正碰(正碰即两物体质心的连线与碰撞前后的速度都在同一直线上).
2.按碰撞过程中动能的损失情况区分,碰撞可分为二种:
a.弹性碰撞:碰撞前后系统的总动能不变,对两个物体组成的系统满足:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
1/2m1v12+1/2m2v22=1/2m1v1′2+1/2m2v2′2(动能守恒)
两式联立可得:
v1′=[(m1-m2)
v1+2m2v2]/(
m1+m2)=(m1-m2)v1/(m1+m2)
v2′=[(m2-m1)
v2+2m1v1]/(
m1+m2)=2m1v1/(m1+m2)
·若m1>>m2,即第一个物体的质量比第二个物体大得多
这时m1-m2≈m1,m1+m2≈m1.则有v1'=-v1
v2'=0
·若m1<<m2,即第一个物体的质量比第二个物体的质量小得多
这时m1-m2≈-m2,
2m1/(m1+m2)≈0.则有v1'=-v1
v2'=0
b.完全非弹性碰撞,该碰撞中动能的损失最大,对两个物体组成的系统满足:
m1v1+m2v2=(m1+m2)v
c.非弹性碰撞,碰撞的动能介于前两者碰撞之间.
三、反冲现象
系统在内力作用下,当一部分向某一方向的动量发生变化时,剩余部分沿相反方向的动量发生同样大小变化的现象.喷气式飞机、火箭等都是利用反冲运动的实例.若系统由两部分组成,且相互作用前总动量为零,则0=m1v1+m2v2,v1、v2方向相反.
一般为物体分离则有0=mv+(m-m)v`
四.动量守恒定律的本质:
系统内力只改变系统内各物体的运动状态,不能改变整个系统的运动状态,只有外力才能改变整个系统的运动状态,所以,系统不受或所受外力为0时,系统总动量保持不变
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