高中物理 第十六章 动量守恒定律 4 碰撞名师导航学案 新人教版选修3-5.doc

4 碰撞名师导航知识梳理1.物体间碰撞形式多种多样，在碰撞中速度沿连心线方向称为_，两小球碰撞前的速度不在连心线上称为_.2.碰撞是两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生的_的相互作用，碰撞的主要特点是：_、_、作用力峰值大等.3.碰撞根据碰撞过程中的能量变化情况可以分为完全弹性碰撞、_碰撞，完全非弹性碰撞.疑难突破 如何区别弹性碰撞与非弹性碰撞？剖析：（1）弹性碰撞：满足m1v1+m2v2=m1v1+m2v2动量守恒（矢量式）（）（对心正碰）ek1+ek2=ek1+ek2（）由机械能（动能）守恒得：v1=v2=说明：以上v1、v2两式都是矢量式，使用时注意各量的符号.讨论：当m1=m2时，v1=v2 v2=v1当m1=m2且v2=0时，v1=0 v2=v1当m1m2且v2=0时，v1v1 v22v1当m1m2且v2=0时，v1-v1 v20v1和v2不具备公式的品格，此两式不能在解题中直接作公式应用，应先写出两式（）（），然后得出两式再应用.（2）完全非弹性碰撞：满足m1v1+m2v2=(m1+m2)v，动量守恒（矢量式）；系统机械能损失最多.（3）非完全弹性碰撞：满足m1v1+m2v2=m1v1+m2v2动量守恒（矢量式）；系统机械能有损失.问题探究问题：通过实验验证在碰撞过程中动量是否守恒？探究：实验指导：实验器材：斜槽；大小相等、质量不等的两个小球；白纸；复写纸；刻度尺；天平；游标卡尺；圆规；重垂线.实验原理：实验装置如图16-4-1所示，质量较大的入射小球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端水平处质量较小的被碰小球发生碰撞后，两球都做平抛运动，由于两球下落的高度相同，所以它们在空中飞行的时间相等，如果用小球的飞行时间作为时间单位，它们飞出的水平距离在数值上，就等于它们的水平速度.因此只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时，入射小球在空中飞出的距离s1,以及入射小球和被碰小球碰撞后在空中飞行的距离s1和s2，若在实验误差允许的范围内得到m1s1=m1s1+m2s2，就验证了两球碰撞前后总动量守恒.图16-4-1实验步骤：按图所示组装仪器，把入射小球放在斜槽上某一高度，由静止释放.把被碰小球放在斜槽末端水平处.再次把入射小球放在斜槽同一高度处由静止释放.记录数据.结论：分析数据可以得出在碰撞过程中的系统动量守恒.典题精讲【例1】半径相等的两个小球甲和乙，在光滑的水平面上沿同一直线相向运动，若甲球的质量大于乙球的质量，碰撞前两球的动能相等，则碰撞后两球的运动状态可能是（ ）a.甲球的速度为零而乙球的速度不为零b.乙球的速度为零而甲球的速度不为零c.两球的速度均不为零d.两球的速度方向均与原来方向相反，两球的动能仍相等思路解析：为方便，将碰撞前甲、乙两球的运动情况用图16-4-2表示，因碰撞前系统的动量方向水平向右.而碰撞过程总动量应守恒.图16-4-2当v甲=0时，乙球的速度v乙方向一定水平向右，选项a对.由于碰撞后两球不可能互相穿透.若v乙=0，则甲只能沿水平方向向左运动，则碰撞后系统的动量方向水平向左，这与碰撞前动量方向水平向右矛盾.选项b错.若碰后两球的速度v甲0，v乙0，且方向均向右，当满足v乙v甲时系统的总动量仍水平向右，选项c对.若碰后两球的动能仍相等，则p甲p乙，又因两球的速度方向均与原来相反，则碰后系统的总动量方向水平向左，与题设相矛盾，故选项d错.答案：ac【例2】人和冰车的总质量为m，另一木球，质量为m，mm=312，人坐在静止于水平面的冰车上，以速度v（相对于地面）将原来静止的木球沿水面推向正前方的固定挡板，不计一切摩擦阻力.设小球与挡板碰撞以后的能量不损失，人接住球后，再以同样的速度v（相对于地面）将球推向挡板，求人推球多少次后，不能再接住球.思路解析：本题考查动量守恒定律及有重复过程的复杂过程分析.由于人每次都以速度v将球推出，球被挡板弹回的速度也是v，所以得出人不能再接到球的条件是人和冰车的速度vnv.由于人和球系统的动量是守恒的，人接到速度为v的球，再以v推出；此过程中人的动量增量为2mv，即人每接推一次球（第一次除外），动量增加2mv.根据题意，由动量守恒定律，人第一次推出球，获得动量为mv1=mv以后每推一次球，人的动量增加2mv，则第n次推球后，人的动量为mv+2mv+2mv+=(2n-1)mv即mvn=(2n-1)mv人接不到球：vnv则vn=8.25取其整数n=9.答案：9次知识导学 研究碰撞的关键是要研究在碰撞过程中的守恒量.因此，学习本节除了要复习有关动量的知识外，还要明确动量与动能的联系和区别.动能的计算及能量守恒的应用. 要学会用严密的逻辑思维能力来解决问题，比如说从碰撞的种类碰撞的特点碰撞中的能量转化关系这一逻辑主线去进行学习.疑难导析 区别弹性碰撞与非弹性碰撞应抓住在碰撞前后动能的变化关系. 在完全弹性碰撞中，碰撞的物体形状能够完全恢复，碰撞前后动能没有损失.非弹性碰撞可分为非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，在非弹性碰撞中，碰撞物体的形状不能有很大的恢复其系统的动能有一部分转化成了热能，动能有较大的损失，在完全非弹性碰撞中，碰撞物体形状不能恢复，系统的动能损失得最多. 动量守恒中的动量为矢量,只要是矢量就要在运用的过程中注意它的方向,如果不注意这一点,就很有可能在计算中出现错误. 在运用动量守恒解决弹性碰撞时不能直接运用v1=v2=而要对其进行推导.问题导思 在做本实验时应该注意以下几点：（1）斜槽末端必须水平，检验方法是把小球放在斜槽末端平轨道上任何位置，看其能否保持静止状态.（2）入射小球每次都应从斜槽上同一位置由静止开始滚下，可在斜槽适当高度固定一挡板，使小球靠着挡板，然后释放小球.（3）白纸铺好后不能移动.（4）入射小球和被碰小球飞出的水平距离应从斜槽的末端点在纸上的竖直投影点o算起，可用重垂线确定o点. 同时大家还要注意：在数据处理中大家还要学会转化.由于本实验中速度比较难测量，在做实验时就要对其进行转化，以达到减小实验误差的目的，由于s=vt，而在小球下落的竖直方向上都可以看成自由落体运动，故下落过程所用时间相同，关于v的测量就可以转化成关于s的测量，这样就可以大大地减小实验误差了.典题导考绿色通道：解此类题的主要难点在于：对碰撞后两球可能出现的运动状态，不会依据有关物理规律或物理事实来判定真伪.对质量为m的物体，其动能ek=或p=.甲乙两球动能相等，且m甲m乙，则p甲p乙.再按动量守恒和物体运动实际情况来判定.【典题变式1】甲、乙两球相向运动并发生正碰，碰前两球的动量相等，已知甲球质量大于乙球的质量，碰后下列情况可能发生的有（ ）a.甲球停下，乙球返回 b.乙球停下，甲球返回c.两球都返回 d.两球都返回，且动能仍相等答案：ac绿色通道：在处理碰撞中动量守恒的问题时，建立动量守恒关系往往不是难点.问题的主旨在于讨论碰撞过程中的能量转化、几何关系，这一点在历届高考中已有明显体现，然而对碰撞过程中的速度关系却重视得不够，是相对薄弱的环节.【典题变式2】（1）人从车上练习打靶，车静止在光滑水平面上，人、车、枪、靶的总质量为m.车上备有n发质量为m的子弹.枪口到靶的距离为d.子弹打入靶中就留到靶内，空中最多飞行一颗子弹.待子弹都打