弹性碰撞模型及应用(一)
经典高中物理模型--弹性碰撞模型及应用
弹性碰撞模型及应用弹性碰撞问题及其变形在是中学物理中常见问题，在高中物理中占有重要位置，也是多年来高考的热点。
弹性碰撞模型能与很多知识点综合，联系广泛，题目背景易推陈出新，掌握这一模型，举一反三，可轻松解决这一类题，切实提高学生推理能力和分析解决问题能力。
所以我们有必要研究这一模型。
(一) 弹性碰撞模型弹性碰撞是碰撞过程无机械能损失的碰撞，遵循的规律是动量守恒和系统机械能守恒。
确切的说是碰撞前后动量守恒，动能不变。
在题目中常见的弹性球、光滑的钢球及分子、原子等微观粒子的碰撞都是弹性碰撞。
已知A 、B 两个钢性小球质量分别是m 1、m 2，小球B 静止在光滑水平面上，A 以初速度v 0与小球B 发生弹性碰撞，求碰撞后小球A 的速度v 1，物体B 的速度v 2大小和方向解析：取小球A 初速度v 0的方向为正方向，因发生的是弹性碰撞，碰撞前后动量守恒、动能不变有：m 1v 0= m 1v 1+ m 2v 2 ①222211201212121v m v m v m += ② 由①②两式得：210211)(m m v m m v +-= ， 210122m m v m v += 结论：（1）当m 1=m 2时，v 1=0，v 2=v 0，显然碰撞后A 静止，B 以A 的初速度运动，两球速度交换，并且A 的动能完全传递给B ，因此m 1=m 2也是动能传递最大的条件；（2）当m 1＞m 2时，v 1＞0，即A 、B 同方向运动，因2121)(m m m m +- ＜2112m m m +，所以速度大小v 1＜v 2，即两球不会发生第二次碰撞；若m 1>>m 2时，v 1= v 0，v 2=2v 0 即当质量很大的物体A 碰撞质量很小的物体B 时，物体A 的速度几乎不变，物体B 以2倍于物体A 的速度向前运动。
（3）当m 1＜m 2时，则v 1＜0，即物体A 反向运动。
当m 1<<m 2时，v 1= - v 0，v 2=0 即物体A 以原来大小的速度弹回，而物体B 不动，A 的动能完全没有传给B ，因此m 1<<m 2是动能传递最小的条件。
动量守恒定律的典型模型
3、人船模型的适用条件是：两个物体组成的 系统动量守恒，系统的合动量为零。
例7. 质量为m的人站在质量为M，长为L的静止小船的 右端，小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时， 船左端离岸多远？
解：先画出示意图。人、船系统动量守恒，总动
动量守恒典型问题
碰撞中弹簧模型
三、碰撞中弹簧模型
注意：状态的把握 由于弹簧的弹力随形变量变化，弹簧 弹力联系的“两体模型”一般都是作加速 度变化的复杂运动，所以通常需要用“动 量关系”和“能量关系”分析求解。复杂 的运动过程不容易明确，特殊的状态必须 把握：弹簧最长（短）时两体的速度相同； 弹簧自由时两体的速度最大（小）。
完全非弹性碰撞
碰撞后系统以相同的速度运动 v1=v2=v 动量守恒：
m1v10 m2v20 m1 m2 v
动能损失为
E＝
1 2
m1v120
1 2
m2v220
1 2
m1
m2
v 2
m1m1
2 m1 m2
v10 v20 2
例1. 如图所示，光滑水平面上质量为m1=2kg的物 块以v0=2m/s的初速冲向质量为m2=6kg静止的光滑 1／4圆弧面斜劈体。求：
多大的速度做匀速运动．取重力加速度g=10m/s2.
m=1.0kg
C
v0 =2.0m/s
B
A
M=2.0kg M=2.0kg
解：先假设小物块C 在木板B上移动距离 x 后，停在B上．这
时A、B、C 三者的速度相等，设为V．
由动量守恒得 mv0 (m 2M )V
①
在此过程中，木板B 的位移为S，小木块C 的位移为S+x．
“一动碰一静”的弹性碰撞模型及拓展
“一动碰一静”的弹性碰撞模型及拓展作者：杨福来源：《理科考试研究·高中》2012年第03期一、基本模型如图1，质量为m2的小球2静止在光滑水平面上.质量为m1的小球1以v0与球2发生弹性正碰，求碰后球1、球2的速度.解碰撞过程动量守恒,有m1v0=m1v1+m2v2(1)碰撞前后总动能不变，有12m1v20=12m1v21+12m2v22(2)(1)式整理为m1(v0-v1)=m2v2(3)(2)式整理为12m1(v20-v21)=12m2v22(4)由(3)、(4)式解得两组解.第一组解为v1=v0,v2=0.第二组解为(m1-m2)v0m1+m2,2m1v0m1+m2.讨论当m1>m2时，二者同向；当m1=m2时，二者交换速度；当m1根据碰撞的物理情景此模型仅能取第二组解.这种情况的应用常出现在某计算题的一部分.请赏析这两道高考题.1.(宁夏卷)光滑水平面上，质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态，如图2所示.球A与球B发生正碰后二者均向右运动.小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇，PQ=1.5PO.假设小球间的碰撞及球与墙壁间的碰撞都是弹性的，求两球质量之比m1/m2.2.(全国卷1)如图3所示.质量为m的由绝缘材料制成的球与质量为M=19m的金属球并排悬挂.现将绝缘球拉至与竖直方向成600角的位置自由释放，下摆后在最低点与金属球发生弹性正碰，在平衡位置附近存在垂直于纸面的磁场.已知由于磁场的阻尼作用，金属球将于再次碰撞前停在最低点处.求经过几次碰撞后绝缘球偏离竖直方向的最大偏角将小于45°.变式练习1.如图4.一个带有光滑圆弧轨道、质量为M的小车静止于光滑水平面上，一质量为m的光滑小球以速度v0水平冲上小车，当小球上滑再返回并脱离小车时.有①小球一定水平向左做平抛运动②小球可能水平向左做平抛运动③小球可能做自由落体运动④小球一定水平向右做平抛运动以上说法正确的是A.①B.②③C.④D.都不对2.如果上题中小车为带有14光滑圆弧轨道的小车且小球能从小车最高处滑出，情况又如何？3.质量为m的球A，沿光滑水平面以v的速率与质量为3m的静止小球B发生正碰.碰后A 球的速度可能是A.v4与B球速度同向B.v3与B球速度同向C.v2与B球速度反向D.2V3与B球速度反向二、拓展模型如图，质量为m2的表面光滑的凸形物体静止在光滑水平面上，一质量为m1的光滑小球以v0滑上凸形物体，且恰好过最高点又从另一侧曲面滑下，求球与凸形物体分离后二者速度v1、v2.解二者作用过程动量守恒，有m1v0=m1v1+m2v2(1)二者作用前后总动能不变，有m1v202=12m1v21+12m2v22(2)(1)式整理为m1(v0-v1)=m2v2(3)(2)式整理为12m1(v20-v21)=12m2v22(4)由(3)、(4)式解得两组解.第一组解为v1=v0,v2=0.第二组解为(m1-m2)v0m1+m2),2m1v0m1+m2.根据此拓展模型的物理情景，仅能取第一组解，而不能取第二组解.由于思维定势，同学容易记住碰撞情况的第二组解直接写出答案，却是错的.这个拓展模型和基本模型解法(解题所列方程)相同，结果互补.值得我们总结.请做两个同类题.1.如图5所示，水平面上有质量为m1=1 kg的小球和质量为m2=2 kg的凸形物体.小球以v0=6 m/s的速度向右滑上凸形物体，且恰好到达最高点又从另一侧曲面滑下.已知凸形物体与平面平滑衔接，不计一切摩擦.求：(1)小球越过凸形物体的过程中，小球对凸形物体所做功的最大值.(2)小球越过凸形物体后，小球与凸形物体的速度.2.如图5所示，小车的上面由中凸的两个对称曲面组成，整个小车质量为m，原来静止在光滑水平面上，今有一个可看作质点的小球质量也为m，以水平速度v从左端滑上小车，恰好到达小车最高点后又从另一个曲面滑下.关于这个过程的说法正确的是A.小球滑离小车时，小车又回到了原来的位置B.小球滑上曲面的过程中，对小车压力的冲量的大小是mv2C.小球和小车作用前后，它们的速度可能没有变化D.车上曲面的竖直高度不会刁于v24g参考答案一、基本模型1.m1m2=212.3次变式练习1.B2.小球滑出车轨道最高处后相对车竖直上抛，然后又以原速率从车轨道最高处落回，最后结果同第一题.3.A C二、拓展练习1.(1)4 J(2)v小球=6 m/s，v凸形物体=02.C D。
2024届高考物理一轮复习课件：弹性碰撞
弹性碰撞
一、动量守恒定律的判断和计算
二、动量守恒定律的应用之1——碰撞 1、碰撞 2、完全非弹性碰撞：子弹打木块模型 3、完全弹性碰撞： 4、弹簧模型(含2、3)
1、已知A、B两个钢性小球质量分别是m1、m2，小
球B静止在光滑水平面上，A以初速度v0与小球B
发生弹性碰撞，求碰撞后小球A的速度v1，物体B
【典例】 如图所示，在足够长的光滑水平面上，物体 A、B、C 位于同一直 线上，A 位于 B、C 之间．A 的质量为 m，B、C 的质量都为 M，三者均处于静止 状态．现使 A 以某一速度向右运动，求 m 和 M 之间应满足什么条件，才能使 A 只 与 B、C 各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性的．
2、质量为M的小车静止于光滑的水平面上，小车
的上表面和圆弧的轨道均光滑，如图所示，一个
质量为m的小球以速度v0水平冲向小车，当小球
返回左端脱离小车时，下列说法正确的是：
A．小球一定沿水平方向向左做平抛运动
B．小球可能沿水平方向向左作平抛运动
C．小球可能沿水平方向向右作平抛运动
D．小球可能做自由落体运动
小球A与地面的碰撞是弹性的，而且AB都是从同一高
度释放的，所以AB碰撞前的速度大小相等于设为v0， 根据机械能守恒有:
mA gH
1 2
mAv02
化简得: v0 2gH
设A、B碰撞后的速度分别为vA和vB，以竖直向上为
速度的正方向，根据A、B组成的系统动量守恒和动
能不变得:
mAv0 mBv0 mAvA mBvB
高考物理碰撞问题
碰撞问题（⼀）——考点透析碰撞问题是历年⾼考试题的重点和热点，同时它也是同学们学习的难点．它所反映出来的物理过程、状态变化及能量关系，能够全⽅位地考查同学们的理解能⼒、逻辑思维能⼒及分析推理能⼒．⾼考中考查的碰撞问题，碰撞时间极短，位移为零，碰撞过程遵循动量守恒定律．⼀、考点诠释两个(或两个以上)物体相遇，物体之间的相互作⽤仅持续⼀个极为短暂的时间，⽽运动状态发⽣显著变化，这种现象称为碰撞。
碰撞是⼀个基本，⼗分重要的物理模型，其特点是：1．瞬时性．由于物体在发⽣碰撞时，所⽤时间极短，因此在计算物体运动时间时，通常把碰撞时间忽略不计；在碰撞这⼀极短的时间内，物体的位置是来不及改变的，因此我们可以认为物体在碰撞中位移为零。
2．动量守恒性．因碰撞时间极短，相互作⽤的内⼒⼤于外⼒，所以系统在碰撞过程中动量守恒。
3．动能不增．在碰撞过程中，系统总动能只有减少或者不变，⽽绝不会增加，即不能违背能量守恒原则。
若弹性碰撞则同时满⾜动量、动能守恒。
⾮弹性碰撞只满⾜动量守恒，⽽不满⾜动能守恒（系统的动能减少）。
⼆、解题策略⾸先要根据碰撞的瞬时性特点，正确选取相互作⽤的研究对象，使问题简便解决；其次要确定碰撞前和碰撞后系统中各个研究对象的状态；然后根据动量守恒定律及其他规律求解，并验证求得结果的合理性。
三、边解边悟1．在光滑的⽔平⾯上有三个完全相同的⼩球排成⼀条直线．2、3⼩球静⽌，并靠在⼀起，1球以速度v0射向它们，如图所示．设碰撞过程不损失机械能，则碰后三个⼩球的速度为多少？解析：本题的关键在于分析清楚实际的碰撞过程：由于球1与球2发⽣碰撞时间极短，球2的位置来不及发⽣变化，这样球2对球3也就⽆法产⽣⼒的作⽤，即球3不会参与此次碰撞过程．⽽球1与球2发⽣的是弹性碰撞，质量⼜相等，故它们在碰撞中实现速度交换，碰后球1⽴即停⽌，球2速度⽴即变为；此后球2与球3碰撞，再⼀次实现速度交换．所以碰后球1、球2的速度为零，球3速度为v 0．2．⽤轻弹簧相连的质量均为m =2㎏的A 、B 两物体都以v =6m/s 的速度在光滑的⽔平地⾯上运动，弹簧处于原⻓，质量M =4㎏的物体C 运动，在以后的运动中，求：（1）当弹簧的弹性势能最⼤时物体A 的速度。
弹性碰撞模型-动量守恒的十种模型(解析版)
动量守恒的八种模型弹性碰撞模型模型解读1.碰撞过程的四个特点(1)时间短：在碰撞现象中，相互作用的时间很短。
(2)相互作用力大：碰撞过程中，相互作用力先急剧增大，后急剧减小，平均作用力很大。
(3)位移小：碰撞过程是在一瞬间发生的，时间极短，在物体发生碰撞的瞬间，可忽略物体的位移，认为物体在碰撞前后仍在同一位置。
(4)满足动量守恒的条件：系统的内力远远大于外力，所以即使系统所受合外力不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒。
(5).速度要符合实际(i)如果碰前两物体同向运动，则后面物体的速度必大于前面物体的速度，即v后>v前，否则无法实现碰撞。
碰撞后，原来在前的物体的速度一定增大，且原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度v'前≥v'后。
(ii)如果碰前两物体是相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为零。
若碰后沿同向运动，则前面物体的速度大于或等于后面物体的速度，即v'前≥v'后。
2.动动弹性碰撞已知两个刚性小球质量分别是m1、m2，m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，1 2m1v21+12m2v22=12m2v'22+12m乙v2乙，3.一动一静"弹性碰撞模型如图所示，已知A、B两个刚性小球质量分别是m1、m2，小球B静止在光滑水平面上，A以初速度v0与小球B发生弹性碰撞，取小球A初速度v0的方向为正方向，因发生的是弹性碰撞，碰撞前后系统动量守恒、动能不变，有m1v0=m1v1+m2v21 2m1v20=12m1v21+12m2v22联立解得v1=(m1-m2)v0m1+m2,v2=2m1v0m1+m2讨论：(1)若m1>m2，则0<v1<v0、v2>v0，物理意义：入射小球质量大于被碰小球质量，则入射小球碰后仍沿原方向运动但速度变小，被碰小球的速度大于入射小球碰前的速度。
专题10 碰撞与类碰撞模型-2024届新课标高中物理模型与方法(解析版)
2024版新课标高中物理模型与方法专题10碰撞与类碰撞模型目录【模型一】弹性碰撞模型....................................................................................................................................1【模型二】非弹性碰撞、完全非弹性碰撞模型..............................................................................................15【模型三】碰撞模型三原则..............................................................................................................................23【模型四】小球—曲面模型............................................................................................................................27【模型五】小球—弹簧模型............................................................................................................................37【模型六】子弹打木块模型............................................................................................................................48【模型七】滑块木板模型.. (57)m +m =m +m 联立（）、（）解得：v 1ˊ=，=.特殊情况：若m 1=m 2，v 1ˊ=v 2，v 2ˊ=v 12．“动静相碰型”弹性碰撞的结论两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒。
弹性碰撞模型的扩展及应用
弹性碰撞模型的扩展及应用作者yunfann（声明：此文系本人根据教学实际总结的，如与网上其他的雷同，纯属巧合！在此向早些发表的类似文章表示敬意！） 动量及其守恒定律在高中物理的知识体系中占有重要位置，也是历年高考的热点，弹性碰撞又是其中最典型的内容。
在平时的教学实践中，我发现这一模型经过扩展并能灵活运用的话，会给我们带来全新的解题思维和更省时的解题过程，其重要意义显而易见。
(一) 弹性碰撞模型及其结果弹性碰撞是碰撞前后无机械能损失的碰撞，发生相互作用的系统遵循的规律是动量守恒和机械能守恒。
一般表现为碰撞前后动量守恒，动能不变。
模型展示：已知在光滑水平面上，A 、B 两个钢性小球质量分别是1m 、2m ，小球A 以初速度10v 与前面以速度20vA 的速度1v 和小球B 的速度2v 的大小。
解析：取小球A 运动的方向为正方向，以两球为系统，由动量守恒定律、机械能守恒定律有：1102201122m v m v m v m v +=+ ①2222110220112211112222m v m v m v m v +=+②对上面的二元二次方程组计算时先降次：整理 ① 、②式为③、④式 11012220()()m v v m v v -=- ③222211012220()()m v v m v v -=- ④由④/③得：101220v v v v +=+ ⑤在将③⑤式组成二元一次方程组解出碰后小球A 、B 的速度分别为：1210220112()2m m v m v v m m -+=+ ， 2120110212()2m m vm v v m m -+=+ 以上计算过程较为繁琐，若能记住最终结果有时会给解题带来很大的方便。
讨论： 特殊情况：100v ≠，200v =时，1210112()m m v v m m -=+，1102122m v v m m =+当12m m =时，10v =，210v v =两球速度交换，并且A 的动能完全传递给B ，因此图112m m =也是动能传递最大的条件；(二) 弹性碰撞模型的扩展 除了两球相撞这种形式，凡是发生相互作用的物体组成的系统在某一过程中（或某一方向上）遵循动量守恒定律和机械能守恒且该过程的始末系统的动能不变，那么该作用过程都可以用弹性碰撞的模型来处理，弹性碰撞模型的方程及结论亦对其成立。
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弹性碰撞模型及其应用（1）
动量和能量最常出现的问题是碰撞问题。
碰撞问题可分为两大类：弹性碰撞和非弹性碰撞。
非弹性碰撞又分为一般非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，我们重点讨论一下弹性碰撞。
弹性碰撞特点：（1）碰撞前后动量、动能都守恒；（2）碰撞过程中系统机械能守恒。
严格的弹性碰撞在自然界中是很难找到的，原因是碰撞中总会有内能的生成，但是常见的弹性球、光滑的钢球及分子、原子等微观粒子的碰撞都可以看做是弹性碰撞。
掌握这一模型，可轻松解决这一类题，切实提高学生推理能力和分析解决问题能力。
（一）弹性碰撞模型
已知A 、B 两个钢性小球质量分别是m 1、m 2，小球B 静止在光滑水平面上，A 以初速度v 0与小球B 发生弹性碰撞，求碰撞后小球A 的速度v 1，
物体B 的速度v 2大小和方向 解析：取小球A 初速度v 0的方向为正方向，因发
生的是弹性碰撞，碰撞前后动量守恒、动能不变有：
m 1v 0= m 1v 1+ m 2v 2 ① 2222112012
12121v m v m v m += ② 由①②两式得：210211)(m m v m m v +-= ， 2
10122m m v m v += 结论：（1）当m 1=m 2时，v 1=0，v 2=v 0，显然碰撞后A 静止，B 以A 的初速度运动，两球速度交换，并且A 的动能完全传递给B ，因此m 1=m 2也是动能传递最大的条件；
（2）当m 1＞m 2时，v 1＞0，即A 、B 同方向运动，因2121)(m m m m +- ＜2
112m m m +，所以速度大小v 1＜v 2，即两球不会发生第二次碰撞；
若m 1>>m 2时，v 1= v 0，v 2=2v 0 即当质量很大的物体A 碰撞质量很小的物体B 时，物体A 的速度几乎不变，物体B 以2倍于物体A 的速度向前运动。
（3）当m 1＜m 2时，则v 1＜0，即物体A 反向运动。
当m 1<<m 2时，v 1= - v 0，v 2=0 即物体A 以原来大小的速度弹回，而物体B 不动，A 的动能完全没有传给B ，因此m 1<<m 2是动能传递最小的条件。
以上弹性碰撞以动撞静的情景可以简单概括为：（质量）等大小，（速度和动能）交换了；小撞大，被弹回；大撞小，同向跑。
(二) 经典例题1
质量为 M 的小车静止于光滑的水平面上，小车的上表面和圆弧的轨道均光滑，如图3如图所示，一个质量为m 的小球以速度v 0水平冲向小车，
冲上又返回；讨论
1、 小球上升的最大高度是多少？
2、 小球返回左端脱离小车时，可能做何种运动？
[解析]：1系统水平方向动量守恒，由于是4
1圆弧，即使小球从顶端飞出小车仍与车保持相同的水平速度，不
影响计算高度，此时可看作是完全非弹性碰撞，动能损失最大，全部转化为重力势能。
(2)小球水平冲上小车，又返回左端，到离开小车的整个过程中，系统动量守恒、机械能守恒，相当于小球与小车发生弹性碰撞的过程，如果m ＜M ，小球离开小车向左平抛运动，m=M ，小球离开小车做自由落体运动，如果m ＞M ，小球离开小车向右做平抛运动.所以答案有三种可能。
弹性碰撞模型的应用不仅仅局限于“碰撞”，我们应广义地理解 “碰撞”模型。
这一模型的关键是抓住系统“碰撞”前后动量守恒、系统机械能守恒（动能不变），具备了这一特征的物理过程，可理解为“弹性碰撞”。
我们对物理过程和遵循的规律就有了较为清楚的认识，问题就会迎刃而解。
经典例题2
（1）在光滑水平面上有相隔一定距离的A 、B 两球，质量相等，假定它们之间存在恒定的斥力作用，原来两球被按住，处在静止状态。
现突然松开两球，同时给A 球以速度v 0，使之沿两球连线射向B 球，B 球初速度为零；若两球间的距离从最小值（两球未接触）到刚恢复到原始值所经历的时间为t 0，求：B 球在斥力作用下的加速度
[解析]：A 球射向B 球过程中，A 球一直作匀减速直线运动，B 球由静止开始一直作匀加速直线运动，当两球速度相等时相距最近，当恢复到原始值时相当于发生了一次弹性碰撞，，由于A 、B 质量相等，A 、B 发生了速度交换，系统动量守恒、机械能守恒。
设A 、B 速度相等时速度为v ，恢复到原始值时A 、B 的速度分别为v 1、v 2，
mv 0= 2mv ①
2mv=mv 1+ mv 2 ②
2221202
12121mv mv mv += ③ 由①式得v=2
0v ，由②③解得v 1=0，v 2= v 0 （另一组解v 1= v 0，v 2= 0舍去） 则B 的加速度a=0
00022t v v t v v -=-=002t v 练习题
（1）如图4所示,光滑水平地面上静止放置两由弹簧相连木块A 和B,一质量为m 子弹,以速度v 0,水平击中木块A,并留在其中,A 的质量为3m,B 的质量为4m.
(1)求弹簧第一次最短时的弹性势能
(2)何时B 的速度最大，最大速度是多少？
（2）如图2所示，两单摆的摆长不同，已知B 的摆长是A 摆长的4倍,A 的
周期为T ,平衡时两钢球刚好接触，现将摆球A 在两摆线所在的平面向左拉开一小角度释放，两球发生弹性碰撞,碰撞后两球分开各自做简谐运动，以m A ，m B 分别表示两摆球A ，B 的质量，则下列说法正确的是；
A ．如果m A =m
B 经时间T 发生下次碰撞且发生在平衡位置
B ．如果m A >m B 经时间T 发生下次碰撞且发生在平衡位置
C ．如果m A >m B 经时间T/2发生下次碰撞且发生在平衡位置右侧
D ．如果m A <m B 经时间T/2发生下次碰撞且发生在平衡位置左侧
（3）在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨常用作减速剂。
中子在重水中可与21H核碰撞减速，在石墨中可与126C核碰撞减速，上述碰撞可以简化为弹性碰撞模型，某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨做减速剂，哪种减速效果更好？。