碰撞过程中动能转化问题

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1、中学物理Vo1．31No．0720l3年4月·问题讨论·碰撞过程中动能转化问题邓先君邓艾(孝感高级中学湖北孝感432000)(桐乡市凤鸣高级中学浙江桐乡314500)碰撞是自然界中的一种普遍现象，也是一种基本的相互为完全弹性碰撞．于是整个碰撞部分从动能角度来解释，在作用形式，无论在宏观世界还是粒子物理领域都是一个极具理论上全面而具备对称性．下面所有的讨论都将建立在上述应用价值、值得深究的问题．中学阶段，碰撞模型的建立是简理解上．单的系统概念的应用，是对相互作用矢量关系的深化．在生碰撞，是建立在动量守恒条件下的相互作用模型．从原活上和教学工作过程中，我们把碰撞理解为物体之间由于内理上看，内力的

2、冲量矢量和为零，对系统的总动量不产生影力作用导致系统内部物体运动状态发生变化或者能量形式响，但是物体之间的相互作用力可能会对系统做功．人们之发生转化的过程．粒子物理中这种相互作用过程中的能量转所以对之多加讨论，是缘于内力做功对各部分运动状态的破化还会导致粒子形态发生变化，形成新的粒子或者出现新的坏性，或者内力作用下功能转化后新的能量形式对系统的影物质形态．在现代物理的前沿领域，粒子对撞在粒子物理或响．所以这里我们简化出一种宏观的物理模型结合功能转化者高能物理领域应用颇多．故，在基础教育阶段，条件许可的关系来理解动能转化损失．话我们有必要对碰撞过程中物体之间的动能转化做细致深简单的碰撞形式入的

3、理解．这里重点从原理上建立碰撞模型来说明一些动能一个质量为m速度为。的物体与一个质量为速度损失的相关问题，进而细致解释为什么碰撞过程中物体黏到为：的物体在水平面上发生碰撞，如图2．一起时系统动能损失最大．体系的动量关系碰撞过程中内力在相当短的8t时圈2间里迅速变化(见图1)．由于内力是在此典型的碰撞模型下，我们经常强制的给出关于能量一个巨大的冲击力，为物体(此概念包方面的界定．比如说认为两个小球为刚性小球能量没有损括微观包括粒子，后不多做说明)之间失，那么系统的动能保持不变，于是有能量方程强烈的相互作用提供了可能．在这个÷1m1U：+÷'=下1ml口l+÷12(2)过程中，相互作用时间s￡极

4、短，又相对图1---于系统所受的内力而言，外力，只是联立方程(1)和(2)，注意到方程的一元二次形式可以在数一个小量，故系统所受外力的冲量J剐t可认为趋近近于学上得到两组解．一组为碰后系统各部分的运动状态，另一J0组即是给出的初始状态条件．零，系统动量守恒．这是处理碰撞问题的一个基本原则，即：这样的模型很好理解，数学方程组和物理条件的交互处碰撞系统在碰撞前后按动量守恒来处理．两个质量分别为理可以轻松的处理完全弹性碰撞的问题，初态在方程中也有m。、速度分别为／)2(>V2)的体系一维碰撞的动量方所体现程为碰撞的能量讨论mll+2=mIl+(1)需要关注的问题是：非弹性碰撞在什么情形下系统动能式

5、中、：为碰后mrn2的速度．损失最大?如果再强制性的说能量损失最大的时候是两个物体系的动能转化关系体黏在一起，就显得缺乏理论支持．为了从原理上深入的说人教版的高级中学物理教材选修3—5中定义“如果碰明这个问题．下面将建立一种特别的“广义碰撞模型”来具撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞；如果机械体讨论．能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞．”这是该版教材对如图3所示，通过这个模型来具体化碰撞能量关系．水碰撞从能量角度的定义．鉴于中学阶段势、场的概念并不清平面光滑，保证系统动量守恒．后面赘一个轻质弹簧，通晰，保守力也未能多作介绍，所以对机械能的界定并不具体，过弹簧的弹力作用将常规碰撞的短时

6、冲击内力给缓释出来，况且机械能只是物理学中一个阶段性的过渡概念不宜深化在时间上做一些延长，以便于我们分析运动状态变化及能量也无从深化．我们不推荐过分从机械能角度去界定碰撞过程形式的转化．当m与接触时我们认为碰撞开始．从受力中系统的能量关系．而是从参与碰撞的物体动能变化角度来角度结合运动学延展到能量关系，分步骤分析：说明能量转化的问题，这样就会显得更直观更全面更具有优mlm2越性．～丽炳◆旦个人认为在碰撞问题处理时，把系统动能减少的情形称之为非弹性碰撞，并引入完全非弹性碰撞的概念来对称定义图3动能损失最大的碰撞形式，这样，在教学过程中更易于清晰(1)当m。追上与之接触，有弹力作用开始，m。在弹

7、科学的说明问题．对应于完全非弹性碰撞，把弹性碰撞称之力作用下做减速运动，在弹力作用下做加速运动．但是只·75·2013年4月Vo1．31No．07中学物理要的速度大于的速度，它们二者之间的距离就会继续靠近．弹簧的压缩，我们就可以看到能量转化了，弹簧压缩过●程中储存了弹性势能．对于系统而言，可以清晰看到：m的动能由于弹力做负功而减小，m：的动能由于弹力做正功而图6增加．尽管弹力大小对两个物体而言是相等的，但是由