题目内容
【题目】如图,在足够长的光滑水平面上,物体A、B、C位于同一直线上,A点位于B、C之间,A的质量为m,B、C的质量都为M,三者均处于静止状态,现使A以某一速度向右运动,求m和M之间应满足什么条件,才能使A只与B、C各发生一次碰撞.设物体间的碰撞都是弹性的.
【答案】解:A向右运动与C发生碰撞的过程中系统的动量守恒、机械能守恒,选取向右为正方向,设开始时A的速度为v0 , 第一次与C碰撞后C的速度为vC1 , A的速度为vA1 . 由动量守恒定律、机械能守恒定律得:
mv0=mvA1+MvC1①
②
联立①②得: ③ ④
可知,只有m<M时,A才能被反向弹回,才可能与B发生碰撞.
A与B碰撞后B的速度为vB1 , A的速度为vA2 . 由动量守恒定律、机械能守恒定律,同理可得: = ⑤
根据题意要求A只与B、C各发生一次碰撞,应有:vA2≤vC1⑥
联立④⑤⑥得:m2+4mM﹣M2≥0
解得: ,(另一解: 舍去)所以m与M之间的关系应满足:
答:m和M之间应满足 ,才能使A只与B、C各发生一次碰撞
【解析】本题考查了水平方向的动量守恒定律问题,分析清楚物体运动过程、应用动量守恒定律、能量守恒定律即可正确解题.
【考点精析】认真审题,首先需要了解动量守恒定律(动量守恒定律成立的条件:系统不受外力或系统所受外力的合力为零;系统所受的外力的合力虽不为零,但系统外力比内力小得多;系统所受外力的合力虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统的总动量的分量保持不变).
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