高中物理第一章碰撞与动量守恒第1节碰撞教学案教科版.docx

第1节 碰_撞(对应学生用书页码P1)一、碰撞现象1碰撞做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生相互作用，运动状态发生改变的过程。2碰撞特点(1)时间特点：在碰撞过程中，相互作用时间很短。(2)相互作用力特点：在碰撞过程中，相互作用力远远大于外力。(3)位移特点：在碰撞过程中，物体发生速度突变时，位移极小，可认为物体在碰撞前后仍在同一位置。试列举几种常见的碰撞过程。提示：棒球运动中，击球过程；子弹射中靶子的过程；重物坠地过程等。二、用气垫导轨探究碰撞中动能的变化1实验器材气垫导轨，数字计时器、滑块和光电门，挡光条和弹簧片等。2探究过程(1)滑块质量的测量仪器：天平。(2)滑块速度的测量仪器：挡光条及光电门。(3)数据记录及分析，碰撞前、后动能的计算。三、碰撞的分类1按碰撞过程中机械能是否损失分为：(1)弹性碰撞：碰撞过程中动能不变，即碰撞前后系统的总动能相等，Ek1Ek2Ek1Ek2。(2)非弹性碰撞：碰撞过程中有动能损失，即动能不守恒，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。Ek1Ek2Ek1Ek2。(3)完全非弹性碰撞：碰撞后两物体黏合在一起，具有相同的速度，这种碰撞动能损失最大。2按碰撞前后，物体的运动方向是否沿同一条直线可分为：(1)对心碰撞(正碰)：碰撞前后，物体的运动方向沿同一条直线。(2)非对心碰撞(斜碰)：碰撞前后，物体的运动方向不在同一直线上。(高中阶段只研究正碰)。(对应学生用书页码P1)探究一维碰撞中的不变量1.探究方案方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量。(2)速度的测量：v，式中x为滑块(挡光片)的宽度，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。(3)各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量。(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。(1)质量的测量：用天平测量。(2)速度的测量：v，x是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量。t为小车经过x所用的时间，可由打点间隔算出。2实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。3实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测相关质量。(2)安装实验装置。(3)使物体发生碰撞。(4)测量或读出相关物理量，计算有关速度。(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)、(4)。(6)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量。(7)整理器材，结束实验。4数据处理为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1v2mvm1v1m2v2m1v1m2v2mv2m1v12m2v22m1v12m2v22v1/m1v2/m2v1/m1v2/m2经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即m1v1m2v2m1v1m2v2。1如图111所示为用气垫导轨实验探究碰撞中的不变量的实验装置，遮光片D在运动过程中的遮光时间t被光电计时器自动记录下来。在某次实验中，滑块1和滑块2质量分别为m10.240 kg、m20.220 kg，滑块1运动起来，向着静止的导轨上的滑块2撞去，碰撞之前滑块1的挡光片经过光电门时，光电计时器自动记录下来的时间t110.7 ms。碰撞之后，滑块1和滑块2粘连在一起，挡光片通过光电门的时间t214.3 ms，已知两滑块上的挡光板的宽度都是x3 cm，问：图111(1)碰撞前后两滑块各自的质量与速度乘积之和相等吗，即m1v1m2v2m1v1m2v2成立吗？(2)碰撞前后两滑块各自的质量与速度平方乘积之和相等吗，即m1v12m2v22m1v12m2v22成立吗？解析：(1)因为滑块遮光片的宽度是x，遮光片通过光电门的时间是t，所以滑块速度可用公式v求出。碰撞之前，滑块1的速度v1 m/s0.271 m/s碰撞之前，滑块2静止，所以v20碰撞之后，两滑块粘连在一起v1v2 m/s0.140 m/sm1v1m2v20.2400.271 kgm/s0.065 kgm/sm1v1m2v2(0.2400.220)0.140 kgm/s0.064 kgm/s所以，在误差允许范围内，m1v1m2v2m1v1m2v2成立。(2)碰撞之前：m1v12m2v120.2400.2712 J0.018 J碰撞之后：m1v12m2v22(0.2400.220)0.1402 J0.009 J可见m1v12m2v22m1v12m2v22答案：(1)成立(2)不成立对弹性碰撞和非弹性碰撞的理解1.碰撞中能量特点：碰撞过程中，一般伴随机械能的损失，即Ek1Ek2Ek1Ek2，其中，碰撞过程中，无机械能损失的碰撞为弹性碰撞。2弹性碰撞：若两球碰撞后形变能完全恢复，并没有能量损失，碰撞前后系统的动能相等，这类碰撞称为弹性碰撞。3非弹性碰撞：若两球碰后它们的形变不能完全恢复原状，一部分动能最终转化为内能，碰前碰后系统的动能不再相等，这种碰撞叫做非弹性碰撞。如果碰撞后二者成为一个整体，系统的动能损失得最多，这种碰撞叫做完全非弹性碰撞。2在光滑的水平面上，动能为E0的钢球1与静止钢球2发生碰撞，碰后球1反向运动，其动能大小记为E1，球2的动能大小记为E2，则必有()AE1E0BE1E0CE2E0 DE2E0解析：选A根据碰撞前后动能关系得E1E2E0，必有E1E0，E2E0。故只有A项对。(对应学生用书页码P2)实验探究碰撞过程中的不变量例1某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图112甲所示。在小车A后面连着纸带，电磁打点计时器所接电源频率为50 Hz，长木板的一端下垫着小木块用以平衡摩擦力。图112(1)若已得到打点纸带如图112乙所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，则应选_段来计算A碰撞前速度，应选_段来计算A和B碰撞后的共同速度。(2)已测得小车A的质量m10.40 kg，小车B的质量m20.20 kg，由以上测量结果可得：碰撞前两车质量与速度乘积之和为_kgm/s；碰撞后两车质量与速度乘积之和为_kgm/s。(3)结论_。解析(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大的速度，而AB段相同时间内间距不一样，说明刚开始不稳定，因此BC段能较准确描述小车A碰撞前的运动情况，故应用BC段计算A碰撞前的速度，从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段小车运动稳定，故应选DE段计算小车A和B碰撞后的共同速度。(2)小车A碰撞前速度v1 m/s1.050 m/s；小车A碰前的质量与速度乘积为m1v10.401.050 kgm/s0.420 kgm/s。碰撞后小车A、B共同速度v1 m/s0.695 m/s；两车碰撞后的质量与速度乘积之和为m1v1m2v2(m1m2)v1(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s。(3)碰前的质量与速度乘积之和等于碰后的质量与速度乘积之和，即碰撞过程中的不变量为质量与速度乘积之和。答案(1)BCDE(2)0.4200.417(3)见解析用能量的观点判断碰撞的类别例2质量为5 kg的A球以3 m/s的速度与质量为10 kg静止的B球发生碰撞，碰后A球以1 m/s的速度反向弹回，B球以2 m/s的速度向前运动，试分析：(1)碰撞过程中损失了多少动能。(2)两球的碰撞属于何种类型的碰撞。解析(1)碰撞前物体的动能EkAmAvA2532 J22.5 J碰撞后物体的动能E kEkAE kBmAvA2mBvB2512 J1022 J22.5 J。故碰撞过程中无动能损失。(2)由于碰撞过程中无动能损失，故两球的碰撞属于弹性碰撞。答案(1)0(2)弹性碰撞(1)物体间发生完全弹性碰撞后形变能完全恢复，碰撞系统的动能守恒；物体间发生非弹性碰撞后形变不能完全恢复，碰撞系统的动能有损失；物体间发生完全非弹性碰撞后，形变完全不能恢复，碰撞系统的动能损失最大。(2)质量为m的运动物体与质量为m的静止物体发生弹性碰撞后，两物体交换速度。(对应学生用书页码P3)1在研究两物体的碰撞问题时，除利用气垫导轨外，还可以利用打点计时器研究，试分析下列关于用打点计时器的研究正确的是()A相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量B相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起C先接通打点计时器电源，再释放拖动纸带的小车D先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源解析：选BC车的质量可以用天平测量，改变小车的质量可以加砝码，没有必要一个用钉子而另一个用橡皮泥配重，这样做的目的是为了碰撞后粘在一起有共同速度，便于测量碰后的速度，选项B正确。打点计时器的使用原则是先接通电源，C项正确。2下面对于碰撞的理解，正确的是()A运动的物体碰撞时，在极短时间内它们的运动状态发生显著变化B在碰撞现象中，一般来说物体所受的外力作用不能忽略C如果碰撞过程中动能不变，则这样的碰撞叫做非弹性碰撞D根据碰撞过程中动能是否守恒，碰撞可分为正碰和斜碰图113解析：选A碰撞的主要特点是：相互作用时间短，作用力峰值大，因而其他外力可以忽略不计，在极短时间内物体的运动状态发生明显变化，故A对B错。根据碰撞过程中动能是否守恒，碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞，其中动能不变的碰撞称为弹性碰撞，故C、D错。3如图113所示，P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰，碰后P物体静止，Q物体以P物体碰前的速度v离开，已知P与Q质量相等，弹簧质量忽略不计，那么当弹簧被压缩至最短时，下列的结论中正确的是()AP的速度恰好为零BP与Q具有相同的速度CQ刚开始运动DQ的速度等于v解析：选B弹簧被压缩到最短时，即为两物体相对静止时，此时两物体具有相同的速度，故B对。4在公路上甲、乙两车相撞，发生了一起车祸，甲车司机的前胸受伤，乙车司机的后背受伤，则这起车祸可能出现的情况是()两车同向运动，甲车在前，乙车在后，乙车撞上甲车两车同向运动，乙车在前，甲车在后，甲车撞上乙车乙车司机在前倒车，甲车在乙车的后面向乙车运动，撞上了乙车两车相向运动，来不及刹车，互相撞上了A BC D解析：选B甲司机胸前受伤，说明车受到突然向后的力，车速突然减小；乙司机后背受伤，说明乙车加速度向前，受到向前的力，即甲车从后面碰上乙车。5在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中，哪些因素可导致实验误差()A导轨安放不水平B小车上挡光板倾斜C两小车质量不相等 D两小车碰后连在一起解析：选AB导轨不水平，小车速度将会受重力影响，A项对；挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，导致速度计算出现误差，B项对。6现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞。已知碰撞后甲滑块静止不动，乙滑块反向运动，且速度大小为2v。那么这次碰撞是()A弹性碰撞 B非弹性碰撞C完全非弹性碰撞 D条件不足，无法确定解析：选A碰前总动能：Ek3mv2mv22mv2碰后总动能：Ekmv22mv2，EkEk，所以A对。7质量为1 kg的A球以3 m/s的速度与质量为2 kg静止的B球发生碰撞，碰后两球以1 m/s的速度一起运动。则两球的碰撞属于_类型的碰撞，碰撞过程中损失了_动能。解析：由于两球碰后速度相同，没有分离，因此两球的碰撞属于完全非弹性碰撞，在碰撞过程中损失的动能为EkmAv02(mAmB)v2132 J312 J3 J。答案：完全非弹性碰撞3 J图1148如图114甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，当甲车受到水平向右的冲力时启动打点计时器，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况，如图114乙所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为_ m/s，碰撞后两车的共同速度大小为_ m/s。解析：碰撞前甲在0.04 s内的位移x2.4 cm，则v0.6 m/s，碰撞后二者在0.04 s内运动的位移x21.6 cm，由v可得v0.4 m/s。答案：0.60.49如图115所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做_运动，其速度大小为_m/s，本实验中得出的结论是_。图115解析：烧断细绳前：vA0，vB0，所以有mAvAmBvB0，烧断细绳后：vA0.09 m/s，vB0.06 m/s，规定向右为正方向，则有mAvAmBvB0.2(0.09)kgm/s0.30.06 kgm/s0，则由以上计算可知：mAvAmBvBmAvAmBvB。答案：匀速0.09细绳烧断前后滑块A、B的质量与速度乘积之和为不变量10如图116中