题目
在完全非弹性碰撞中,碰撞前后系统总动量不变,但动能减少。A. 错B. 对
在完全非弹性碰撞中,碰撞前后系统总动量不变,但动能减少。
A. 错
B. 对
题目解答
答案
B. 对
解析
本题考查完全非弹性碰撞的特点,解题思路是分别分析完全非弹性碰撞中系统总动量和动能的变化情况。
- 分析系统总动量的变化:
根据动量守恒定律,对于一个不受外力或所受外力之和为零的系统,系统的总动量保持不变。在碰撞过程中,如果系统所受的合外力为零,那么系统的总动量守恒。完全非弹性碰撞也满足动量守恒的条件,所以碰撞前后系统总动量不变。 - 分析系统动能的变化:
完全非弹性碰撞是指碰撞后两物体粘在一起,具有共同的速度。设两物体的质量分别为$m_1$、$m_2$,碰撞前的速度分别为$v_1$、$v_2$,碰撞后的共同速度为$v$。
根据动量守恒定律可得$m_1v_1 + m_2v_2 = (m_1 + m_2)v$,解出$v=\frac{m_1v_1 + m_2v_2}{m_1 + m_2}$。
碰撞前系统的总动能$E_{k1}=\frac{1}{2}m_1v_1^2+\frac{1}{2}m_2v_2^2$。
碰撞后系统的总动能$E_{k2}=\frac{1}{2}(m_1 + m_2)v^2=\frac{1}{2}(m_1 + m_2)(\frac{m_1v_1 + m_2v_2}{m_1 + m_2})^2=\frac{(m_1v_1 + m_2v_2)^2}{2(m_1 + m_2)}$。
通过计算$E_{k1}-E_{k2}$:
$\begin{align*}E_{k1}-E_{k2}&=\frac{1}{2}m_1v_1^2+\frac{1}{2}m_2v_2^2-\frac{(m_1v_1 + m_2v_2)^2}{2(m_1 + m_2)}\\&=\frac{(m_1 + m_2)(m_1v_1^2+m_2v_2^2)-(m_1v_1 + m_2v_2)^2}{2(m_1 + m_2)}\\&=\frac{m_1^2v_1^2+m_1m_2v_1^2+m_1m_2v_2^2+m_2^2v_2^2-(m_1^2v_1^2 + 2m_1m_2v_1v_2+m_2^2v_2^2)}{2(m_1 + m_2)}\\&=\frac{m_1m_2(v_1 - v_2)^2}{2(m_1 + m_2)}\end{align*}$
因为$m_1\gt0$,$m_2\gt0$,$(v_1 - v_2)^2\gt0$,$m_1 + m_2\gt0$,所以$E_{k1}-E_{k2}\gt0$,即$E_{k1}\gt E_{k2}$,这表明碰撞后系统的动能减少了。
综上,在完全非弹性碰撞中,碰撞前后系统总动量不变,但动能减少,该说法是正确的。