高中物理 16.4碰撞（探究导学课型）课件 新人教版选修35.ppt

4碰撞 1 了解弹性碰撞 非弹性碰撞和完全非弹性碰撞 应用动量 能量的观点综合分析 解决一维碰撞问题 2 了解对心碰撞和非对心碰撞 3 了解散射和粒子的发散过程 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 4 加深对动量守恒定律和机械能守恒定律的理解 一 弹性碰撞和非弹性碰撞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 或碰撞后具有共同速度 这种碰撞动能损失 守恒 不守恒 一体 最大 二 对心碰撞和非对心碰撞散射1 对心碰撞 正碰 碰撞前后物体的动量在 上 2 非对心碰撞 斜碰 碰撞前后物体的动量不在 上 3 散射 微观粒子相互接近但不发生 的碰撞 同一直线 同一直线 直接接触 1 判一判 1 两小球在光滑水平面上碰撞后粘在一起 因而不满足动量守恒定律 2 速度不同的两小球碰撞后粘在一起 碰撞过程中没有能量损失 3 在系统所受合外力为零的条件下 正碰满足动量守恒定律 斜碰不满足动量守恒定律 4 微观粒子碰撞时并不接触 但仍属于碰撞 提示 1 两小球在光滑水平面上的碰撞 小球相互作用时间很短 内力远大于外力 虽然粘在一起但系统的动量守恒 2 速度不同的两小球碰撞后粘在一起 这种碰撞是完全非弹性碰撞 能量损失最大 3 正碰 斜碰都满足动量守恒定律 4 微观粒子在碰撞时虽然并不接触 但它具备碰撞的特点 即作用时间很短 作用力很大 运动状态变化明显 可以称为碰撞 2 选一选 下列说法正确的是 a 能量守恒的碰撞是弹性碰撞b 弹性碰撞时机械能守恒c 正碰是弹性碰撞d 飞鸟撞飞机后一起运动属于弹性碰撞 提示 选b 能量守恒定律是普遍规律 在转化过程中能量也守恒 但不一定动能不变 a错误 弹性碰撞时产生弹性形变 碰撞后形变完全消失 碰撞过程没有动能损失 机械能守恒 所以选项b正确 正碰是对心碰撞 但不一定是弹性碰撞 选项c错误 碰撞时产生的形变不能恢复的是非弹性碰撞 d错误 主题一弹性碰撞和非弹性碰撞 问题探究 1 弹性碰撞的两大特点是什么 提示 弹性碰撞动量守恒 机械能守恒 2 质量为m1的小球以速度v1与质量为m2的静止小球发生弹性正碰时 存在下列关系 m1v1 m1v1 m2v2 根据以上公式 结合下表分析碰后速度方向特征 相同 相同 不变 相反 相同 弹回 静止 3 非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点是什么 提示 1 非弹性碰撞 动量守恒 动能有损失 转化为系统内能 2 完全非弹性碰撞 动量守恒 动能损失最大 碰后两物体粘在一起 4 处理碰撞问题的三个原则是什么 提示 1 动量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 机械能不增加 火药爆炸问题除外 即ek1 ek2 ek1 ek2 3 速度要合理碰前两物体同向 则v后 v前 碰后 原来在前的物体速度一定增大且v前 v后 两物体相向运动 碰后两物体的运动方向不可能都不改变 探究总结 1 碰撞过程中的三个制约因素 1 动量制约 系统动量守恒 在碰撞过程中尽管有其他外力的作用 若不太大的外力在极短的碰撞时间内的冲量可以忽略 则碰撞双方构成的系统动量守恒 2 动能制约 系统动能不增加 由于单纯的机械碰撞过程中机械能没有任何获得补充的机会 炮弹爆炸过程中火药的化学能转化为弹片的动能则另当别论 由于机械碰撞过程中碰撞双方相互作用力并不一定完全是弹力 双方在碰撞过程中发生的形变并不一定完全是弹性形变而能够在碰撞过程结束时完全得以恢复 一般的机械碰撞过程还将受到 系统动能不增加 的制约 即 3 运动制约 运动变化合理 从运动情况和运动变化的情况来看 碰撞过程中将会发生怎样的碰撞结果 还应受到运动变化合理性的制约 例如 a物体追碰前面b物体 就要满足 要追得上 即碰前a物体的速度要大于b物体的速度 不能发生二次碰撞 即碰后b物体的速度要大于或等于a物体的速度 碰后a物体不能运动到b物体的前方 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变化 2 一个符合实际的碰撞 除动量守恒外还要满足能量守恒 注意判断碰撞完成后不可能发生二次碰撞的速度关系 3 要灵活运用几个关系转换动能 动量 即时训练 1 在光滑水平面上有三个完全相同的小球 它们成一条直线 2 3小球静止 并靠在一起 1球以速度v0向它们运动 如图所示 设碰撞中不损失机械能 则碰后三个小球的速度可能是 a v1 v2 v3 v0b v1 0 v2 v3 v0c v1 0 v2 v3 v0d v1 v2 0 v3 v0 解题探究 本题所述的情景满足三个条件 1 碰撞前后系统的 守恒 2 碰撞前后系统的 不变 3 碰撞之后不会再发生 碰撞 动量 动能 二次 解析 选d 由题设条件 三个小球在碰撞过程中总动量和总动能守恒 若各球质量均为m 则碰撞前系统总动量为mv0 总动能应为假如选项a正确 则碰后总动量为mv0 这显然违反动量守恒定律 故不可能 假如选项b正确 则碰后总动量为mv0 这也违反动量守恒定律 故也不可能 假如选项c正确 则碰后总动量为mv0 但总动能为这显然违反机械能守恒定律 故也不可能 假如选项d正确 则通过计算其既满足动量守恒定律 也满足机械能守恒定律 而且合乎情理 不会发生二次碰撞 故选项d正确 2 多选 质量相等的a b两球在光滑水平面上沿同一直线相向运动 如图所示 若以向左为运动的正方向 a球的速度为v1 2m s b球的速度为v2 6m s 某时刻a球与b球发生相互碰撞 碰撞后仍在一条直线上运动 则碰后a b球速度的可能值是 a va 1m s vb 3m sb va 7m s vb 3m sc va 2m s vb 2m sd va 6m s vb 2m s 解析 选c d 设两球的质量均为m 验证方法 1 动量角度 p初 4m 而所给选项均满足要求 2 碰撞实际情况 碰撞只能发生一次 a项不符合题意 3 能量角度 两球碰撞前的总动能 选项中 两球碰后的总动能为不符合题意 c d项完全符合碰撞现象的三个原则 故碰撞能发生 主题二对心碰撞和非对心碰撞散射 问题探究 1 在一光滑水平面上有两个质量分别为m1 m2的刚性小球a和b 分别以初速度v1 v2运动 若它们能发生碰撞 为一维弹性碰撞 请列出碰撞过程的动量 动能关系式 提示 设碰撞后的速度分别为v1 v2 以地面为参考系 将a和b看作一个系统 由碰撞过程中系统动量守恒 有m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 弹性碰撞中没有机械能损失 有 2 质量相等的两个物体发生正碰时 一定交换速度吗 怎样判断斜碰动量是否守恒 提示 不一定 只有质量相等的两个物体发生弹性正碰时 同时满足动量守恒和动能守恒的情况下 两物体才会交换速度 动量是矢量 要判断斜碰动量是否守恒必须按照平行四边形定则判断碰撞前后动量是否守恒 3 对于非对心碰撞 若系统所受合外力为零 系统动量守恒吗 如守恒应如何分析 提示 非对心碰撞的两个物体 碰撞前后速度不在同一条直线上 属于二维碰撞问题 如果系统碰撞过程中所受合外力为零 则仍满足动量守恒 这时通常将动量守恒用分量式表示 如 m1v1x m2v2x m1v1x m2v2x m1v1y m2v2y m1v1y m2v2y 4 微观粒子碰撞时 粒子和粒子之间并不接触 这种碰撞称作散射 粒子散射时 遵守动量守恒和能量守恒 在宏观上也存在类似现象 两物体虽然相互作用时间不是很短 但遵守动量守恒 能量守恒 试举一宏观实例且加以分析 提示 放在光滑绝缘水平面上的两带同性电荷的小球相互靠近再远离时 两球满足动量守恒 且二者速度相等时 两球动能损失最多 此时两球电势能最大 探究总结 对心碰撞与非对心碰撞 1 对心碰撞是一维碰撞 碰撞前后物体的速度方向在同一条直线上 可以在这条直线上应用动量守恒定律 规定一个正方向就可将矢量运算转化为代数运算 2 非对心碰撞不是一维碰撞 碰撞前后物体的速度方向不在同一条直线上 应用动量守恒定律解决非对心碰撞的时候 必需运用矢量的平行四边形定则才能解决问题 即时训练 1 如图 小球a b用等长细线悬挂于同一固定点o 让球a静止下垂 将球b向右拉起 使细线水平 从静止释放球b 两球碰后粘在一起向左摆动 此后细线与竖直方向之间的最大偏角为60 忽略空气阻力 求 1 两球a b的质量之比 2 两球在碰撞过程中损失的机械能与球b在碰前的最大动能之比 解题探究 1 从释放球b到与球a相撞之前 球b重力势能 动能 守恒 2 球b与球a相撞瞬间 相互碰撞的内力远大于所受外力 满足 守恒 3 两球共同向左运动到最高处过程中 只有 做功 不做功 守恒 减小 增加 机械能 动量 重力 细线 拉力 机械能 解析 1 设球b的质量为m2 细线长为l 球b下落至最低点 但未与球a相碰时的速率为v 由机械能守恒定律得m2gl m2v2 式中g是重力加速度的大小 设球a的质量为m1 在两球碰后的瞬间 两球共同速度为v 以向左为正 由动量守恒定律得m2v m1 m2 v 设两球共同向左运动到最高处时 细线与竖直方向的夹角为 由机械能守恒定律得 m1 m2 v 2 m1 m2 gl 1 cos 联立 式得 代入题给数据得 2 两球在碰撞过程中的机械能损失为q m2gl m1 m2 gl 1 cos 联立 式 q与碰前球b的最大动能ek ek m2v2 之比为 联立 式 并代入题给数据得答案 1 2 2 2013 湛江高二检测 如图所示 a b c三个木块的质量均为m 置于光滑的水平桌面上 b c之间有一轻质弹簧 弹簧的两端与木块b c牢固连接 弹簧处于原长 现a以初速v0沿b c的连线方向朝b运