题目
如图,质量分别为2kg和3kg的A、B两小球在光滑的水平面上,B球静止,以向右为正方向,A球以5m/s的速度与B球发生正碰,如果碰撞时完全弹性的,则碰撞后,A和B的速度分别为( )A vA.1m/s、4m/s B.−1m/s、4m/s C.−3m/s、2m/s D.−2m/s、3m/s
如图,质量分别为2kg和3kg的A、B两小球在光滑的水平面上,B球静止,以向右为正方向,A球以5m/s的速度与B球发生正碰,如果碰撞时完全弹性的,则碰撞后,A和B的速度分别为( )
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A.
1m/s、4m/s
B.
−1m/s、4m/s
C.
−3m/s、2m/s
D.
−2m/s、3m/s
题目解答
答案
B
解析
步骤 1:确定碰撞前后的动量守恒
根据动量守恒定律,碰撞前后系统的总动量保持不变。设碰撞后A球的速度为v1,B球的速度为v2。碰撞前,A球的动量为2kg * 5m/s = 10kg*m/s,B球的动量为0。碰撞后,A球的动量为2kg * v1,B球的动量为3kg * v2。因此,有:
2kg * v1 + 3kg * v2 = 10kg*m/s
步骤 2:确定碰撞前后的动能守恒
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后的动能也保持不变。碰撞前,A球的动能为(1/2) * 2kg * (5m/s)^2 = 25J,B球的动能为0。碰撞后,A球的动能为(1/2) * 2kg * v1^2,B球的动能为(1/2) * 3kg * v2^2。因此,有:
(1/2) * 2kg * v1^2 + (1/2) * 3kg * v2^2 = 25J
步骤 3:解方程组求解v1和v2
联立步骤1和步骤2中的方程,可以解出v1和v2。将步骤1中的方程变形为v2 = (10kg*m/s - 2kg * v1) / 3kg,代入步骤2中的方程,得到:
(1/2) * 2kg * v1^2 + (1/2) * 3kg * ((10kg*m/s - 2kg * v1) / 3kg)^2 = 25J
化简后得到一个关于v1的二次方程,解得v1 = -1m/s或v1 = 5m/s。由于碰撞后A球的速度不可能与碰撞前相同,因此v1 = -1m/s。将v1 = -1m/s代入步骤1中的方程,解得v2 = 4m/s。
根据动量守恒定律,碰撞前后系统的总动量保持不变。设碰撞后A球的速度为v1,B球的速度为v2。碰撞前,A球的动量为2kg * 5m/s = 10kg*m/s,B球的动量为0。碰撞后,A球的动量为2kg * v1,B球的动量为3kg * v2。因此,有:
2kg * v1 + 3kg * v2 = 10kg*m/s
步骤 2:确定碰撞前后的动能守恒
由于碰撞是完全弹性的,碰撞前后的动能也保持不变。碰撞前,A球的动能为(1/2) * 2kg * (5m/s)^2 = 25J,B球的动能为0。碰撞后,A球的动能为(1/2) * 2kg * v1^2,B球的动能为(1/2) * 3kg * v2^2。因此,有:
(1/2) * 2kg * v1^2 + (1/2) * 3kg * v2^2 = 25J
步骤 3:解方程组求解v1和v2
联立步骤1和步骤2中的方程,可以解出v1和v2。将步骤1中的方程变形为v2 = (10kg*m/s - 2kg * v1) / 3kg,代入步骤2中的方程,得到:
(1/2) * 2kg * v1^2 + (1/2) * 3kg * ((10kg*m/s - 2kg * v1) / 3kg)^2 = 25J
化简后得到一个关于v1的二次方程,解得v1 = -1m/s或v1 = 5m/s。由于碰撞后A球的速度不可能与碰撞前相同,因此v1 = -1m/s。将v1 = -1m/s代入步骤1中的方程,解得v2 = 4m/s。