高中物理 1.3 科学探究 维弹性碰撞同步课件 鲁科版选修35.ppt

第3节科学探究 一维弹性碰撞 1 理解弹性碰撞 非弹性碰撞和完全非弹性碰撞 正碰 对心碰撞 和斜碰 非对心碰撞 2 会应用动量 能量的观点综合分析 解决一维碰撞问题 3 知道中子的发现过程 体会理论对实践的指导作用 进一步了解动量守恒定律的普适性 1 弹性碰撞 碰撞过程中机械能 2 非弹性碰撞 碰撞过程中机械能 3 完全非弹性碰撞 碰撞后合为一体或碰后具有共同速度 这种碰撞动能损失 1 正碰 对心碰撞 两个球发生碰撞 如果碰撞之前球的速度方向与 的连线在同一条直线上 碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着 的方向而运动 一 常见的碰撞类型 从能量角度分类 从动量方向的角度分类 守恒 不守恒 最大 两球心 这条直线 2 斜碰 非对心碰撞 两个球发生碰撞 如果碰撞之前球的运动速度方向与 的连线不在同一条直线上 碰撞之后两球的速度方向都会 原来两球心的连线而运动 二 弹性碰撞特例 两球心 偏离 若m1 m2的两球发生弹性正碰 v1 0 v2 0 则v1 v2 即二者碰后交换速度 若m1 m2 v1 0 v2 0 则二者弹性正碰后 v1 v2 0 表明m1被反向以 弹回 而m2仍静止 若m1 m2 v1 0 v2 0 则二者弹性正碰后 v1 v2 表明m1的速度不变 m2以2v1的速度被撞出去 0 v1 v1 原速率 v2 2v1 一 碰撞的特点 时间特点 在碰撞 爆炸等现象中 相互作用时间很短 相互作用力特点 在相互作用过程中 相互作用力先是急剧增大 然后再急剧减小 平均作用力很大 动量守恒条件特点 系统的内力远远大于外力 所以 系统即使所受外力之和不为零 外力也可以忽略 系统的总动量守恒 位移特点 碰撞 爆炸过程是在一瞬间发生的 时间极短 所以 在物体发生碰撞 爆炸的瞬间 可忽略物体的位移 可以认为物体在碰撞 爆炸前后仍在同一位置 能量特点 碰撞过程中 一般伴随着机械能的损失 碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能 即ek1 ek2 ek1 ek2 相互作用的两个物体在很多情况下皆可当作碰撞处理 对相互作用中两物体相距恰 最近 最远 或恰上升到 最高点 等一类临界问题 求解的临界条件都是 速度相等 相当于完全非弹性碰撞模型 具体分析如下 二 常见的几类碰撞模型 在图1 3 1中 光滑水平面上的a物体以速度v去撞击静止且一端带有弹簧的b物体 a b两物体相距最近时 两物体速度必定相等 此时弹簧最短 其压缩量最大 弹性势能最大 在图1 3 2中 质量为m的滑块静止在光滑水平面上 滑块的光滑弧面底部与桌面相切 一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来 设小球不能越过滑块 则小球到达滑块上的最高点时 即小球的竖直速度为零 两物体的速度必定相等 方向水平向右 图1 3 1 图1 3 2 如图1 3 3所示 物体a以速度v0滑上静止在光滑水平面上的小车b 当a在b上滑行的距离最远时 设车足够长 a b两物体相对静止 a b两物体的速度必相等 图1 3 3 三 正确区分爆炸与碰撞的异同点 特别提醒 1 在碰撞过程中 系统的动量守恒 但机械能不一定守恒 2 在爆炸过程中 系统的动量守恒 机械能一定不守恒 3 宏观物体碰撞时一般相互接触 微观粒子的碰撞不一定接触 但只要符合碰撞的特点 就可认为是发生了碰撞 可以用动量守恒的规律分析求解 典例1 碰撞的可能性判断 答案ab借题发挥1 分析碰撞问题的几条原则 1 碰撞前后动量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 动能不能增加 即ek1 ek2 ek1 ek2 或 3 速度要符合情景 如果碰撞前两物体同向运动 则后面物体速度必大于前面物体速度 碰撞后 原来在前的物体速度一定增大 碰撞后两物体如同方向运动时 后面物体的速度应小于或等于前面物体的速度 即v后 v前 2 处理碰撞问题的思路 1 对一个给定的碰撞 首先要看动量是否守恒 其次再看总动能是否增加 2 一个符合实际的碰撞 除动量守恒外还要满足能量守恒 注意碰撞完成后不可能发生二次碰撞的速度关系判定 质量相等的a b两球在光滑水平面上沿同一直线 同一方向运动 a球的动量是7kg m s b球的动量是5kg m s a球追上b球发生碰撞 则碰撞后a b两球的动量可能值是 a pa 6kg m s pb 6kg m sb pa 3kg m s pb 9kg m sc pa 2kg m s pb 14kg m sd pa 4kg m s pb 17kg m s答案a 变式1 如图1 3 4所示 abc为一固定在竖直平面内的光滑轨道 bc段水平 ab段与bc段平滑连接 质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑 与静止在轨道bc段上质量为m2的小球发生碰撞 碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上 且在碰撞过程中无机械能损失 求碰撞后小球m2的速度大小v2 典例2 动量与能量的综合 图1 3 4 解析设m1碰撞前的速度为v10 根据机械能守恒定律有设碰撞后m1与m2的速度分别为v1和v2 根据动量守恒定律有m1v10 m1v1 m2v2 由于碰撞过程中无机械能损失 借题发挥对于物理过程较复杂的问题 应注意将复杂过程分解为若干简单的过程 或阶段 判断在哪个过程中系统动量守恒 哪一个过程机械能守恒或不守恒 但能量守恒定律却对每一过程都适用 如图1 3 5所示 有两个质量相同的小球a和b 大小不计 a球用细绳吊起 细绳长度等于悬点距地面的高度 b球静止放于悬点正下方的地面上 现将a球拉到距地面高度为h处由静止释放 摆动到最低点与b球碰撞后粘在一起共同上摆 则它们升起的最大高度为 变式2 图1 3 5 答案c 甲 乙两铁球质量分别是m1 1kg m2 2kg 在光滑平面上沿同一直线运动 速度分别是v1 6m s v2 2m s 甲追上乙发生正碰后两物体的速度有可能是 a v1 7m s v2 1 5m sb v1 2m s v2 4m sc v1 3 5m s v2 3m sd v1 4m s v2 3m s 碰撞的可能性判断 1 解析选项a和b均满足动量守恒条件 但选项a碰后总动能大于碰前总动能 选项a错误 b正确 选项c不满足动量守恒条件 故选项c错误 选项d满足动量守恒条件 且碰后总动能小于碰前总动能 但碰后甲球速度大于乙球速度 不合理 选项d错误 故应选b 答案b 如图1 3 6所示 在水平地面上放置一质量为m的木块 一质量为m的子弹以水平速度v射入木块 未穿出 若木块与地面间的动摩擦因数为 求 动量与能量的综合 图1 3 6 2 1 子弹射入后 木块在地面