今天给各位分享大球碰小球:揭秘动量守恒的奥秘的知识,其中也会对大球碰小球动量进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧!
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在物理学中,动量是一个非常重要的概念。它描述了物体运动的状态,也是力学的基石之一。今天,我们就来聊一聊“大球碰小球动量”这个话题,看看动量守恒定律是如何在现实生活中发挥作用的。
什么是动量?
我们来了解一下什么是动量。动量是物体质量和速度的乘积,用公式表示为:p = mv。其中,p代表动量,m代表质量,v代表速度。
动量守恒定律
接下来,我们来说说动量守恒定律。它指出,在一个封闭系统中,如果没有外力作用,系统的总动量保持不变。也就是说,当两个物体发生碰撞时,它们的总动量在碰撞前后是相等的。
大球碰小球:动量守恒的实证
在实际生活中,大球碰小球动量守恒定律是如何体现的呢?下面,我们就通过几个例子来进行分析。
例子一:篮球碰撞
假设有两个篮球,一个质量为1kg,速度为5m/s;另一个质量为2kg,速度为3m/s。当它们发生碰撞时,我们可以计算出碰撞前后的总动量。
| 篮球1 | 篮球2 | 碰撞前总动量 | 碰撞后总动量 |
|---|---|---|---|
| 质量:1kg | 质量:2kg | 5kg·m/s | 5kg·m/s |
| 速度:5m/s | 速度:3m/s | 5kg·m/s | 5kg·m/s |
从表格中可以看出,碰撞前后总动量都是5kg·m/s,符合动量守恒定律。
例子二:足球碰撞
再来看一个足球碰撞的例子。
| 足球1 | 足球2 | 碰撞前总动量 | 碰撞后总动量 |
|---|---|---|---|
| 质量:0.4kg | 质量:0.5kg | 4kg·m/s | 4kg·m/s |
| 速度:10m/s | 速度:8m/s | 4kg·m/s | 4kg·m/s |
同样地,从表格中可以看出,碰撞前后总动量都是4kg·m/s,符合动量守恒定律。
动量守恒定律的应用
动量守恒定律在现实生活中有着广泛的应用。以下是一些例子:
1. 碰撞测试:汽车制造商在研发新车时,会进行碰撞测试,以确保车辆在发生碰撞时能够保证乘客的安全。在这个过程中,动量守恒定律起到了关键作用。
2. 体育运动:在篮球、足球等体育运动中,运动员可以利用动量守恒定律来分析比赛中的攻防策略。
3. 航天技术:在航天领域,动量守恒定律被广泛应用于火箭发射、卫星变轨等过程中。
总结
通过以上分析,我们可以看出,动量守恒定律在现实生活中具有非常重要的意义。它不仅帮助我们理解物体运动规律,还为各种实际应用提供了理论依据。所以,在今后的学习和生活中,我们要重视动量守恒定律的学习和应用。
一个有关动能和动量的疑问
动量守恒,动能不一定守恒(非弹性碰撞或者完全非弹性碰撞)
动量守恒要满足能量不增加原则(就是要么能量不变,要不就是减少)
动能守恒,动量一定守恒(完全弹性碰撞)
少了的动能转为内能了,例如,化为热量等等
按照题目给的条件,原来小球的动能本来就不是很大,(1/2) MV^2所以热量也不会很大的阿
完全弹性碰撞(Perfect Elastic Collision)
在碰撞后,两物体的动能之和(即总动能)完全没有损失,这种碰撞叫做完全弹性碰撞。
碰撞,一般是指两个或两个以上物体在运动中相互靠近,或发生接触时,在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程。
碰撞会使两个物体或其中的一个物体的运动状态发生明显的变化。
碰撞特点:
1)碰撞时间极短
2)碰撞力很大,外力可以忽略不计,系统动量守恒
3)速度要发生有限的改变,位移在碰撞前后可以忽略不计
碰撞过程的分析:
讨论两个球的碰撞过程。碰撞过程可分为两个过程。开始碰撞时,两球相互挤压,发生形变,由形变产生的弹性恢复力使两球的速度发生变化,直到两球的速度变得相等为止。这时形变得到最大。这是碰撞的第一阶段,称为压缩阶段。此后,由于形变仍然存在,弹性恢复力继续作用,使两球速度改变而有相互脱离接触的趋势,两球压缩逐渐减小,直到两球脱离接触时为止。这是碰撞的第二阶段,称为恢复阶段。整个碰撞过程到此结束。
碰撞分类:根据碰撞过程能量是否守恒分为
1)完全弹性碰撞:碰撞前后系统动能守恒(能完全恢复原状);
2)非弹性碰撞:碰撞前后系统动能不守恒(部分恢复原状);
3)完全非弹性碰撞:碰撞后系统以相同的速度运动(完全不能恢复原状)。
完全弹性碰撞妙趣横生、耐人寻味,是很特殊的一类碰撞。本文拟从七个方面入手,通过一些经典的实例和身边的现象,仔细“品味”完全弹性碰撞,以期激发学生学习物理的兴趣。
如果主碰球的质量为,被碰球的质量为,根据动量守恒和机械能守恒:
解得。
一、两和相等
(1)结论推导:。【这个结论再没有其它任何条件,适用范围最广。】
(2)典型示例:质量为速度为的小球,与质量为速度为的小球发生正碰,以下各组答案表示完全弹性碰撞的一组是:(A)
A.,
B.,
C.,
D.,。
解析:只要套用结论,便很容易地得到A答案。
点评:这是一个鲜为人知却很有用的结论,可以简单地判断和区别碰撞类型。
二、偷梁换柱
(1)结论推导:若,则,。(交换速度)
(2)典型示例:如图1所示,在光滑的水平面上有一辆长为的小车A,在A上有一木块B(大小不计),A与B的质量相等,B与A的动摩擦因数为。开始时A是静止的,B位于A的正中以初速度向右运动,假设B与A的前后两壁碰撞是完全弹性的,求B与A的前后两个墙壁最多能相碰多少次?
解析:先是B在摩擦力的作用下减速,A在摩擦力的作用下加速。地面是光滑的,系统动量守恒,B与A的前壁发生完全弹性碰撞,且质量相等,因此A与B交换速度。此后,B将加速,A将减速,B又与A的后壁发生完全弹性碰撞交换速度。就这样不停地减速,间断地交换,最终达到相等的速度,相对运动宣告结束。
,解得。
再根据系统的动能定理,,解得。
在滑动摩擦力中,是相对路程,所以最多能相碰次。
(3)现象链接:如图2所示,质量相等的两个刚性小球,摆角不相等,同时由静止自由释放,各自将会在自己的半面振动,但是角度不停地周期性变化,对于左面的小球角度的变化是:,右面的小球角度的变化是:。妙趣横生。
三、前赴后继
(1)结论推导:若,且,则,。(传递速度)
(2)一题多变:在图1中,如果B与A之间光滑,B与地面之间的动摩擦因数为,其它条件不变,求B与A的前后两个墙壁最多能相碰多少次?
解析:先是B在A上无摩擦的滑动,与A的前壁发生短暂的完全弹性碰撞,可以看作动量守恒,由于A与B质量相等,所以它们传递速度,B便停下来,A在此速度的基础上开始减速,接着B与A的后壁又发生完全弹性碰撞传递速度,B又匀速运动,A又停止。就这样二者交换,走走停停,最终系统都停下来。
根据系统的动能定理:,解得。
则B与A的前后两个墙壁最多能相碰次。
点评:虽然情景相似,但略作变化,结果就大相径庭。
(3)现象链接:
①(英国皇家学会的一个很著名的实验)它是在天花板上悬挂好多相等摆长的双线摆,当第一个小球摆下以后,这个速度一直就会传递到最后一个小球,最后一个小球也就摆到原来的高度,这样一直往复运动下去,中间的双线摆不运动,起到传递速度的作用。如图3所示。
②(台球)这在台球运动中是经常见到的现象。
(4)经典回顾:(93年全国高考题)如图4所示,A、B是位于水平桌面上的两个质量相等的小木块,离墙壁的距离分别为和,与桌面之间的动摩擦因数分别为和,今给A以某一初速度,使之从桌面的右端向左运动,假定A、B之间,B与墙壁之间的碰撞时间极短,且碰撞中总动能无损失,若要使木块A最后不从桌面上掉下来,则A的初速度最大不能超过多少?
解析:物理情景是这样的,三次碰撞均为完全弹性碰撞:A碰B(前赴后继),B碰墙(蚍蜉撼树),B碰A。三段减速运动:A至B,B往返至A,A减速恰至桌面边缘。
根据质点组的动能定理,
,
解得,。
点评:本题也可以分段列式解答,,
,。
四、勇往直前
(1)结论推导:若,且,则,,。
(2)典型示例:(验证动量守恒定律的实验)为了避免入射小球被反向弹回,入射小球的质量必须大于被碰小球的质量,原因就在于此。如图5所示。
(3)现象链接:一个大人跑步时一不小心碰到一个小孩的身上,小孩很容易被碰倒,就是这个道理。
(4)习题精练:如图6所示,在光滑水平面上静止着质量为的物体B,B的一端固连着一根轻质弹簧,质量为的物体A,以的速度冲向B并与之发生正碰,求当弹簧重新回复原长时两物体的速度各为几何?
解析:弹簧被压缩到回复原长的过程,是弹性势能储存并完全释放的过程,动能守恒,发生了完全弹性碰撞,,“勇往直前”,把数据代入篇首的结论,解得:
点评:这个答案可以用第一点“两和相等”的结论验证,。
五、我行我素
(1)结论推导:若,且,则,。
(2)典型示例:(粒子散射实验)在这个实验中,首先得排除粒子大角度散射不是电子造成的,课本上为了说明这一点,用了这样一个比喻:粒子遇到电子就像高速飞行着的子弹遇到一粒尘埃一样。这个现象可以用以上结论很好的解释了。
(3)现象链接:铅球碰撞乒乓球就是这种现象。
(4)习题精练:见第七点“蚍蜉撼树”。
六、反向弹回
(1)结论推导:若,且,则,。
(2)典型示例:有光滑圆弧轨道的小车质量为,静止在光滑水平地面上,圆弧下端水平,有一质量为的小球以水平初速度滚上小车,如图7所示。求小球又滚下和小车分离时二者的速度?
解析:由于满足动量守恒和动能守恒,所以小球在光滑圆弧上的运动,可以看作是完全弹性碰撞,由于,所以小球的分离可以看作是反向弹回。
小球的速度:,
小车的速度:。
(3)现象链接:(篮球运动)在篮下,质量小的运动员经常被碰回,这是司空见惯的。
(4)习题精练:如图8所示,半径为的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球A、B质量分别为、(为待定系数),A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道开始下滑,与静止于轨道最低点的B球相碰,碰撞后A、B能达到的最大高度均为,碰撞中无机械能损失,重力加速度为。试求:(1)待定系数;(2)第一次碰撞刚刚结束时小球A、B各自的速度。
解析:(1)由于圆环内侧光滑,又碰撞是完全弹性碰撞,所以系统机械能守恒,
,得。
(2)小球A滚下,在最低点的动能是:,解得;
接着与B球发生完全弹性碰撞,被反向弹回,把数据代入篇首的结论,则第一次碰撞刚刚结束时小球A的速度为:,
小球B的速度为:。
点评:
①本题也可以倒过来计算,碰撞之后A、B分别向两侧滑上圆环,机械能守恒
A.;B.。
②在反向弹回的情况下,如果,碰撞之后二者速率相等。
七、蚍蜉撼树
(1)结论推导:若,且,则,。
(2)典型示例:(乒乓球碰撞墙壁)乒乓球碰倒墙壁以后被反向弹回,它的动量发生了二倍的改变,即。如图9所示。
(3)现象链接:(气体分子碰撞器壁)气体分子频繁地碰撞器壁,给器壁产生一个持续的恒定的压力。而每个分子都被反向弹回。
(4)习题精练:网球拍以速率击中以速率飞来的网球,被击回的网球的最大速率是多少?(以上所有的速率都是指相对于地面的速率)
解析:最大速率是发生在一条直线上的完全弹性碰撞,设球拍质量为,网球质量为,满足。
解法一:若球拍静止,根据以上第七点“蚍蜉撼树”的结论,网球被反向弹回,速率不变。若网球静止,根据以上第五点“我行我素”的结论,网球将以的速率飞出。
综合以上两点,被击回的网球的最大速率为:。
解法二:若以球拍为参照系,则网球相对于球拍的速率为,碰撞后以相对速率反向弹回。
再以地面为参照系,球拍相对于地面的速率为,与网球相对于球拍离去速度同向,所以网球对地的速度是:。
解法三:球拍击球前后速度几乎不变,即保持不变,根据第一点“两和相等”得,,因此。
总之,从方方面面“品味”完全弹性碰撞,对掌握其它类型的碰撞是大有裨益的。
什么叫“小球推动大球”
“小球推动大球”指的是乒乓外交。“乒乓外交”指1971年期间中华人民共和国与美国两国乒乓球队互访的一系列事件。中美两国乒乓球队的友好往来,不仅推动了中美两国关系正常化的进程,也加速了新中国走向世界的步伐。
中美两国乒乓球队互访轰动了国际舆论,从此结束了中美两国20多年来人员交往隔绝的局面,使中美和解随即取得历史性突破。1972年2月21日,尼克松访华,中美关系终于走向了正常化发展的道路,并为后来新中国的国际发展奠定了重要基础。
扩展资料
后续事件:2006年03月27日,庆祝“乒乓外交”35周年的“红杉树友谊之旅”在北京举行。美国乒乓球代表团一行25人,包括当年到访球队的6人以及当时已故的运动员科恩的母亲,与当年中国队的成员及相关人员重聚。
2008年6月9日,一个为期三天的乒乓外交纪念活动在位于美国加州的约巴林达市的理查德·米尔豪斯·尼克松图书馆及纪念馆举行。当年(1971年)的中美乒乓球队队员再度会面并进行了一场友谊赛。
参考资料来源:百度百科——小球推动大球转
高一动量题 这道题该怎么想
运用动量定理的前提是碰撞过程是完全弹性碰撞。题目的题意应该是当成完全弹性碰撞处理,且大球和地面碰撞的过程中也没有能量损失。
大球的半径为10cm,则大球的下沿离地面0.8m.
根据v^2=2as,有大球触时速度为v大^2=2*10*0.8,有v小=v大=4m/s
设小球反弹瞬间的速度为v2,大球反弹后的速度4m/s,与小球碰撞后为v1,根据动量定理有m1v大+m2v小=m2v2+m1v1,
再根据动能定理有1/2(m1+m2)v小^2=1/2m1v1^2+1/2m2v2^2,设向上的速度方向为正,解得
v2=11.2m/s
根据v^2=2as有s=11.2*11.2/2*10=6.272m。
(1)如果地面离天花板距离4.25M,则小球的上沿离天花板4m.
根据v1^2-v0^2=2as可解得小球碰到天花板的瞬时速度v=6.74m/s。
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