动量作为分析和处理动力学问题的第三大重要工具,其简洁程度仅次于功能,远越于牛顿运动定律与运动学公式,位居中间。虽在高考改革中被放于选考内容中,但由于其在对付动力学问题的不可争辩的地位,向来是选考命题中,选修3-5的炙热考点。自07年山东高考独立命题以来,年年上镜,极尽风光,出题的模式基本都是动量守恒定律的运算,设置情境也几乎锁定在上生活中最常见的一种现象——碰撞之上。所以碰撞类问题的理解与把握至关重要。尽管博主所要讲的判断碰撞能否发生的问题,至今还没有在山东高考中出现过,但此类问题却属于学生学习过程中所遇到的一大难点,出错率较高。此难点的突破,也是必会对同学们关于碰撞类问题的深入理解、把握起到深远的影响。
一、认清碰撞的特点
1、从运动来看。碰撞的特点是,作用时间短,参于物体碰撞前后的运动状态变化明显;
2、从受力来看。碰撞的特点是,碰撞过程中,系统内物体间相互作用力“巨大”;
3、从动量守恒条件来看。碰撞的特点是,一是作用过程中,系统除相互内力之外,根本不受外力,则系统动量真正的守恒;二是即使在作用过程中,系统受到一定的外力,但与其相互的“巨大”内力相比,往往都微不足道,可以忽略不计的,此是动量可认为近似的守恒。可见,在一般情况下,一切的碰撞均可认为动量是守恒的。
二、把握判断的依据
看一个碰撞在实际中是否可以真实的发生,主要从三个方面,按一定的先后顺序进行,具体来讲,可以分三步走:
第一步,先看碰撞前后,系统的动量是否守恒。依据:所有的碰撞,无论是否受到外力作用,一般都认为动量是守恒的(真正守恒或近似守恒);前后动量不能守恒的碰撞,在实际中是不能发生的;
第二步,再看动能是否增加。依据:碰撞不同于爆炸和反冲,因为在爆炸过程中有炸药化学能的释放,在反冲过程中有其他能量的消耗,都存在其他能量向机械能的转化,也必然导致了前后机械能的增加。而在碰撞过程中,其他能向机械能的转化是不能发生的,要发生也只能是机械能向其他能的转化,即,碰撞过程中,机械能只会减少,绝不可能增加。又由于碰撞前后,系统的高度一般都是不变的,机械能的变化也就最终由动能是否变化来体现了。总之一句话,碰撞过程中,系统的动能不可能增加。
第三步,最后要看是否还存在相互作用力。既然是碰撞后的动量,系统内物体间就应该是作用完毕,物体间就不能还挤压在一起,继续存在相互作用。具体体现为:一是碰撞后两物体向同一方向运动,则前面的物体速度不能小于后方物体;二是碰撞后两物体向相反方向运动,那只能是背道而驰,绝不可以对头“顶牛”。碰撞要符合实际。
三、熟悉典型的案例
【典例一】
分析:由第二步来看,D项碰撞后动能增加,故可以排除;由第三步来看,A项中,球1、球2碰后,仍然都沿各自的原方向,继续“顶牛”,肯定挤压在一起,没有分开,故不合实际,也应排除掉,故本题应选B、C两项。
【典型二】
分析:由第一步,D项动量不守恒,可以被排除;由第二步,C项动能碰后有增加,也可以排除掉;由第三步,B项,碰后,A、B两球向同一方向走,B球在前,A球在后,而A球的速度大于前面B球的速度,故两球仍然挤在一起,有相互作用,还没有作用完毕,不合实际,也应排除。故,本题答案应为A项。
来源:星空中学物理辅导东营的博客
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