21.碰撞在宏觀、微觀世界中都是十分普遍的現(xiàn)象。
(1)如圖1所示,在水平光滑的桌面上有兩個(gè)大小相同的小球A、B,質(zhì)量分別是m
1、m
2,A球以v
1的速度與靜止的B球相碰。碰撞后A、B的速度分別是v
1′、v
2′.碰撞過程中A對(duì)B的作用力是F
2,B對(duì)A的作用力是F
1.
a.請(qǐng)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和加速度的定義,推導(dǎo)小球A和小球B在碰撞過程中滿足:m
1v
1=m
1v
1′+m
2v
2′。
b.如果碰撞過程中機(jī)械能守恒,這樣的碰撞叫做彈性碰撞;如果碰撞過程中機(jī)械能不守恒,這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。若m
1=2kg、m
2=1kg,某次碰撞滿足v
1=2m/s、v
2′=2m/s。通過計(jì)算碰撞前后的機(jī)械能說明該次碰撞屬于彈性碰撞還是非彈性碰撞。
(2)裂變反應(yīng)可以在人工控制下進(jìn)行,用慢化劑中的原子核跟中子發(fā)生碰撞,使中子的速率降下來,從而影響裂變反應(yīng)的反應(yīng)速度。
如圖2所示,一個(gè)中子以速度v與慢化劑中靜止的原子核發(fā)生彈性正碰,中子的質(zhì)量為m,慢化劑中靜止的原子核的質(zhì)量為M,而且M>m.為把中子的速率更好地降下來,現(xiàn)在有原子核的質(zhì)量M大小各不相同的幾種材料可以作為慢化劑,通過計(jì)算碰撞后中子速度的大小,說明慢化劑中的原子核M應(yīng)該選用質(zhì)量較大的還是質(zhì)量較小的。