题目内容

8.如图所示,光滑的水平面上静止着半径相同的三个小球A、B、C,其中小球A、B的质量为m,小球C的质量为2m,现让A以初速v0沿B、C的连线向B运动,已知A、B、C之间的碰撞均为一维弹性碰撞,在所有碰撞都结束后,关于小球的运动的描述正确的是(  )
A.A静止不动B.B以$\frac{2}{3}$v0向右匀速运动
C.C以$\frac{1}{3}$v0向右匀速运动D.C以$\frac{2}{3}$v0向右匀速运动

分析 先分析AB两球碰撞过程,根据动量守恒定律和动能守恒列式求解出碰撞后速度;再分析BC两球碰撞过程,根据动量守恒定律和动能守恒列式求解出碰撞后速度…,直到三球不在碰撞为止

解答 解:设小球A与B发生碰撞后速度分别为vA、vB,因为是弹性碰撞,选取向右为正方向,由动量守恒和动能守恒得
mv0=mvA+mvB
$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}=\frac{1}{2}m{v}_{A}^{2}+\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}$
联立解得:vA=0,vB=v0,方向向右
此后B球以速度vB与C球发生碰撞,
设碰撞后速度分别为vB′、vC,
因为是弹性碰撞,由动量守恒和动能守恒得
mvB=mvB+2mvC
$\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}=\frac{1}{2}m{v}_{B}^{2}+\frac{1}{2}×2m{v}_{C}^{2}$
联立解得:${v}_{B}′=-\frac{1}{3}{v}_{0}$,负号表示方向向左;${v}_{C}=\frac{2}{3}{v}_{0}$,方向向右
由于B返回,则B可以第二次与A碰撞,由于是弹性碰撞,所以:mvB′=mvA″+mvB″
$\frac{1}{2}m{v′}_{B}^{2}=\frac{1}{2}m{v″}_{A}^{2}+\frac{1}{2}m{v″}_{B}^{2}$
联立得:${v}_{A}″=-\frac{1}{3}{v}_{0}$,vB″=0
故三球不再发生相互作用时速度分别为-$\frac{1}{3}$v0、0和$\frac{2}{3}$v0.故ABC错误,D正确.
故选:D

点评 本题貌似发生很多次碰撞,但只要依次分析,会发现仅仅碰撞三次,如果真是发生很多次碰撞,也要先依次分析,然后找规律简化过程.

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