题目
【题文】在光滑水平面上,一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后,A球的速度方向与碰撞前相反.则碰撞后B球的速度大小可能是A. 0.6vB. 0.4vC. 0.3vD. 0.2v
【题文】在光滑水平面上,一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后,A球的速度方向与碰撞前相反.则碰撞后B球的速度大小可能是
A. 0.6v
B. 0.4v
C. 0.3v
D. 0.2v
题目解答
答案
A. 0.6v
解析
步骤 1:确定碰撞类型
由于题目中没有明确说明碰撞是完全弹性碰撞还是非弹性碰撞,我们假设为完全弹性碰撞,因为这是最常见的情况。在完全弹性碰撞中,动量和动能都守恒。
步骤 2:应用动量守恒定律
设碰撞后A球的速度为v1,B球的速度为v2。根据动量守恒定律,有:
mv = mv1 + 2mv2
由于A球的速度方向与碰撞前相反,v1为负值,即v1 = -|v1|。因此,方程变为:
mv = -|v1| + 2mv2
简化后得到:
v = -|v1|/m + 2v2
步骤 3:应用动能守恒定律
在完全弹性碰撞中,动能守恒,即:
(1/2)mv^2 = (1/2)m|v1|^2 + (1/2)(2m)v2^2
简化后得到:
v^2 = |v1|^2 + 2v2^2
步骤 4:求解v2
将步骤2中的方程v = -|v1|/m + 2v2代入步骤3中的方程v^2 = |v1|^2 + 2v2^2,得到:
v^2 = (-v + 2v2)^2 + 2v2^2
展开并简化得到:
v^2 = v^2 - 4vv2 + 4v2^2 + 2v2^2
0 = -4vv2 + 6v2^2
0 = 2v2(3v2 - 2v)
因此,v2 = 0 或 v2 = (2/3)v
由于v2 = 0不符合题意,因此v2 = (2/3)v。
步骤 5:验证选项
将v2 = (2/3)v代入选项,得到:
A.0.6v = (2/3)v,符合
B.0.4v = (2/3)v,不符合
C.0.3v = (2/3)v,不符合
D.0.2v = (2/3)v,不符合
因此,正确答案是A。
由于题目中没有明确说明碰撞是完全弹性碰撞还是非弹性碰撞,我们假设为完全弹性碰撞,因为这是最常见的情况。在完全弹性碰撞中,动量和动能都守恒。
步骤 2:应用动量守恒定律
设碰撞后A球的速度为v1,B球的速度为v2。根据动量守恒定律,有:
mv = mv1 + 2mv2
由于A球的速度方向与碰撞前相反,v1为负值,即v1 = -|v1|。因此,方程变为:
mv = -|v1| + 2mv2
简化后得到:
v = -|v1|/m + 2v2
步骤 3:应用动能守恒定律
在完全弹性碰撞中,动能守恒,即:
(1/2)mv^2 = (1/2)m|v1|^2 + (1/2)(2m)v2^2
简化后得到:
v^2 = |v1|^2 + 2v2^2
步骤 4:求解v2
将步骤2中的方程v = -|v1|/m + 2v2代入步骤3中的方程v^2 = |v1|^2 + 2v2^2,得到:
v^2 = (-v + 2v2)^2 + 2v2^2
展开并简化得到:
v^2 = v^2 - 4vv2 + 4v2^2 + 2v2^2
0 = -4vv2 + 6v2^2
0 = 2v2(3v2 - 2v)
因此,v2 = 0 或 v2 = (2/3)v
由于v2 = 0不符合题意,因此v2 = (2/3)v。
步骤 5:验证选项
将v2 = (2/3)v代入选项,得到:
A.0.6v = (2/3)v,符合
B.0.4v = (2/3)v,不符合
C.0.3v = (2/3)v,不符合
D.0.2v = (2/3)v,不符合
因此,正确答案是A。