碰撞中碰到的问题

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  人教版物理选修3-5《教师教学用书》(2010年4月第4版)第19页图16-10下面有一段文字.“教学中还可以向学生介绍:进一步的理论分析可以证明,一个运动着的球与另一个质量相同的球发生非对心碰撞,最后二者的速度方向是互相垂直的,这种情形在台球运动中经常遇到.”
  问题 有关“一个运动着的球与另一个质量相同的球发生非对心碰撞,最后二者的速度方向是互相垂直的.”结论的证明过程.
  例1 如图1所示,A球以速度v与静止的质量相同的B球发生非对心弹性碰撞,碰后A球和B球的速度分别为v1和v2.试证明:v1和v2互相垂直.
  证明 设A球与B球发生非对心弹性碰撞后,v1和v2与碰撞前A球速度v的夹角分别为α和β.
  根据弹性碰撞过程中动能守恒
  12mv2=12mv21 12mv22,
  沿v的方向mv=mv1cosα mv2cosβ,
  沿與v垂直的方向mv1sinα=mv2sinβ,
  化简上述三式得cosα·cosβ=sinα·sinβ,
  cos(α β)=0,
  则有α β=π2.
  由此可得证.
  有上述证明可知,v1和v2互相垂直.
  若A球和B球发生的是非弹性碰撞,上述结论不成立.在台球运动中,两球发生的是非弹性碰撞,则v1和v2不互相垂直.
  例2 (2013年江苏高考试题)水平面上,一白球与一静止的灰球碰撞,两球质量相等,碰撞过程的频闪照片如图所示,据此可推断,碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的
  A.30% B.50%
  C.70% D.90%
  解析 频闪照片中两球间的时间间隔相同,用刻度尺测量出碰撞前后两球间的间距,就能得知碰撞前后的速度比
  碰撞前v1=Δs1Δt1,则Ek=12mv21,
  碰撞后v2=Δs2Δt2,则Ek′=2×12mv22,
  碰撞过程中损失的动能
  ΔEk=12mv21-2×12mv22,
  则ΔEk∶Ek1=30%.
  该题的正确选项是A.
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