题目
【题目】如图,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m , 速度大小为2v0 , 方向向右,滑块B的质量为2m , 速度大小为v0 , 方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是()左 2v0 v0 右-|||-A BA.A和B都向左运动B.A和B都向右运动C.A静止,B向右运动D.A向左运动,B向右运动
【题目】如图,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m , 速度大小为2v0 , 方向向右,滑块B的质量为2m , 速度大小为v0 , 方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是()
A.A和B都向左运动
B.A和B都向右运动
C.A静止,B向右运动
D.A向左运动,B向右运动
题目解答
答案
【答案】D
解析
步骤 1:确定碰撞前的动量和动能
在碰撞前,滑块A和B的动量分别为:
- 滑块A的动量:\(p_A = m \cdot 2v_0\)
- 滑块B的动量:\(p_B = -2m \cdot v_0\)
总动量:\(p_{total} = p_A + p_B = m \cdot 2v_0 - 2m \cdot v_0 = 0\)
总动能:\(K_{total} = \frac{1}{2}m(2v_0)^2 + \frac{1}{2}(2m)(v_0)^2 = 2mv_0^2 + mv_0^2 = 3mv_0^2\)
步骤 2:应用动量守恒定律
由于碰撞是弹性碰撞,动量守恒,即碰撞前后总动量不变。因此,碰撞后总动量仍为0。
步骤 3:应用动能守恒定律
由于碰撞是弹性碰撞,动能守恒,即碰撞前后总动能不变。因此,碰撞后总动能仍为\(3mv_0^2\)。
步骤 4:确定碰撞后的速度
设碰撞后滑块A的速度为\(v_A\),滑块B的速度为\(v_B\)。根据动量守恒定律:
\[m \cdot v_A + 2m \cdot v_B = 0\]
根据动能守恒定律:
\[\frac{1}{2}m(v_A)^2 + \frac{1}{2}(2m)(v_B)^2 = 3mv_0^2\]
解这两个方程,可以得到:
\[v_A = -v_0\]
\[v_B = v_0\]
即滑块A向左运动,滑块B向右运动。
在碰撞前,滑块A和B的动量分别为:
- 滑块A的动量:\(p_A = m \cdot 2v_0\)
- 滑块B的动量:\(p_B = -2m \cdot v_0\)
总动量:\(p_{total} = p_A + p_B = m \cdot 2v_0 - 2m \cdot v_0 = 0\)
总动能:\(K_{total} = \frac{1}{2}m(2v_0)^2 + \frac{1}{2}(2m)(v_0)^2 = 2mv_0^2 + mv_0^2 = 3mv_0^2\)
步骤 2:应用动量守恒定律
由于碰撞是弹性碰撞,动量守恒,即碰撞前后总动量不变。因此,碰撞后总动量仍为0。
步骤 3:应用动能守恒定律
由于碰撞是弹性碰撞,动能守恒,即碰撞前后总动能不变。因此,碰撞后总动能仍为\(3mv_0^2\)。
步骤 4:确定碰撞后的速度
设碰撞后滑块A的速度为\(v_A\),滑块B的速度为\(v_B\)。根据动量守恒定律:
\[m \cdot v_A + 2m \cdot v_B = 0\]
根据动能守恒定律:
\[\frac{1}{2}m(v_A)^2 + \frac{1}{2}(2m)(v_B)^2 = 3mv_0^2\]
解这两个方程,可以得到:
\[v_A = -v_0\]
\[v_B = v_0\]
即滑块A向左运动,滑块B向右运动。