高中 | 动量守恒定律的理解与一般应用 题目答案及解析

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选修3-5

第十六章 动量守恒定律

16.3 动量守恒定律

动量守恒定律的理解与一般应用

在光滑的水平桌面上固定一个内侧光滑的圆形轨道,俯视图如图所示,$a、b$为圆上两条相互垂直半径的端点。紧贴轨道内侧放置$A、B$两个可视为质点的小球,质量分别为$m、\beta m$,开始时$B$球静止于$a$点,$A$球在其左侧以$v_{0}$的初速度向右与$B$球发生第一次碰撞,随后两球在$b$点发生第二次碰撞。已知小球之间的碰撞均为对心弹性碰撞,则$(\qquad)$

["

$\\beta$可能为$7$

","

$\\beta$一定为$7$

","

若只增大$A$球的质量,则第二次碰撞点可能仍在$b$

","

若只增大$A$球的初速度$v_{0}$,则第二次碰撞点一定仍在$b$

"]
[["ACD"]]

$\rm AB$.设第一次碰后$A$$B$两球的速度大小分别为$v_{1}$$v_{2}$,根据动量守恒定律和能量守恒定律有$mv_{0}=mv_{1}+\beta mv_{2}$$\dfrac{1}{2}mv_{0}^{2}=\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}+\dfrac{1}{2}\beta mv_{2}^{2}$

解得$ v_{1}=\dfrac{m-\beta m}{m+\beta m}v_{0} $$v_{2}=\dfrac{2m}{m+\beta m}v_{0}$

若碰后$A$$B$两球反向运动,第二次碰撞发生在$b$点,则有$t=\dfrac{3}{4} \times \dfrac{2\pi R}{- v_{1}}=\dfrac{1}{4} \times \dfrac{2\pi R}{v_{2}}$

联立解得$\beta=7$

若碰后$A$$B$两球同向运动,第二次碰撞发生在$b$点,则有$t=\dfrac{1}{4} \times \dfrac{2\pi R}{v_{1}}=\dfrac{5}{4} \times \dfrac{2\pi R}{v_{2}}$

联立解得$\beta=0.6$,故$\rm A$正确、$\rm B$错误;

$\rm C$.若碰后$A$$B$两球反向运动,第二次碰撞发生在$b$点,需满足$\beta=7$,此时增大$A$的质量,使其满足$\beta=0.6$,则第二次碰撞点仍在$b$处,$\rm C$正确;

$\rm D$.相遇的位置由碰后两球速度比决定,由$ v_{1}=\dfrac{m-\beta m}{m+\beta m}v_{0}$$v_{2}=\dfrac{2m}{m+\beta m}v_{0}$

$\dfrac{v_{1}}{v_{2}}=\dfrac{m-\beta m}{2m}$

可知速度比与$v_{0}$无关,若只增大$A$球的初速度$v_{0}$,则第二次碰撞点一定仍在$b$处,故$\rm D$正确。

故选:$\rm ACD$

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