碰撞.ppt

四 碰撞 历史上对物体碰撞的研究 最早发表有关碰撞问题研究成果的是布拉格大学校长 物理学教授马尔西 M Marci 1595 1667 他在1639年发表的 运动的比例 中得出一些碰撞的结论 随后著名的物理学家如伽利略 马略特 牛顿 笛卡尔 惠更斯等都先后进行了一系列的实验 总结出了碰撞规律 为动量守恒定律的建立奠定了基础 生活中的各种碰撞现象 水上电动碰碰船 儿童乐园碰碰车 台球碰撞的频闪照片 钉钉子 碰撞有什么特点呢 1 碰撞的特点 1 相互作用时间极短 2 相互作用力极大 即内力远大于外力 所以遵循动量守恒定律 3 物体发生碰撞时 可近似认为空间位置不变 碰撞的共性与个性 共性 作用力变化快 有些碰撞碰后分开 有些碰撞碰后粘在一起 相互作用时间短 作用力峰值大 系统动量守恒 个性 有些碰撞沿一条直线 有些碰不在一条直线上 有些碰撞过程可能机械能守恒 有些过程机械能可能不守恒 碰撞过程相互作用力很大 内力远大于外力 所以遵从动量守恒定律 那么 碰撞过程也一定遵从机械能守恒定律吗 例如 两个物体相碰 碰撞之前它们的动能之和与碰撞之后的动能之和相等吗 演示一 演示二 碰撞过程中机械能总是守恒的吗 我们分析一个例子 如图所示 两个物体的质量都是m 碰撞以前一个物体静止 另一个以速度v向它撞去 碰撞以后两个物体粘在一起 成为一个质量为2m的物体 以速度v 继续前进 这个碰撞过程能量 总动能 守恒吗 思考与讨论 两个物体组成的系统 满足动量守恒定律 p p 2 碰撞的分类 1 按能量的转化关系 Ek1 Ek2 能够完全恢复形变 Ek1 Ek2 不能够完全恢复形变 Ek损失最大 粘合在一起运动 2 按运动形式 非对心碰撞 碰撞前后物体不在同一条直线上运动 且碰撞后速度都偏离原来方向 也称为斜碰 二维碰撞 对心碰撞 碰撞前后物体在同一条直线上运动 也叫正碰 一维碰撞 3 碰撞的规律 1 弹性碰撞 若m1 m2 可得v1 0 v2 v1 相当于两球交换速度 若m2 m1 则v1 v1 v2 0 若m1 m2 则v1 v1 v2 2v1 若m1 m2 则v1 0 且v2 一定大于0若m1 m2 则v1 0 且v2 一定大于0 2 非弹性碰撞 3 完全非弹性碰撞 问题拓展 碰撞过程中能量与形变量的演变 碰撞过程的 慢镜头 问题1 质量为m速度为v的A球 跟质量为3m的静止B球发生正碰 碰撞可能是弹性 也可能非弹性 碰后B球的速度可能是以下值吗 A 0 6v B 0 4v C 0 2v 解 B球速度的最小值发生在完全非弹性碰撞情形 由动量守恒 B球速度的最大值发生在弹性碰撞时 所以 只有0 4v是速度可能值 问题2 在光滑水平面上 动能为E0 动量的大小为P0的小钢球1与静止的小钢球2发生碰撞 碰撞前后球1的运动方向相反 将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为E1 P1 球2的动能和动量的大小分别记为E2 P2 则必有A E1E0D P2 P0 参考答案 ABD 1 共同特点 相互作用力是变力 作用时间极短 作用力很大 内力远大于外力 均可以应用动量守恒定律 2 在爆炸过程中 因有其他形式能转化为动能 所以系统的动能会增加 在碰撞过程 如果没有动能损失 碰撞前与碰撞后总动能相等 如果有部分动能转化为内能 系统的总动能减小 系统的总动能是不可能增加的 4 爆炸与碰撞 3 由于碰撞 或爆炸 作用时间极短 因此作用过程中物体的位移很小 一般可忽略不计 所以可以近似认为碰撞 或爆炸 后还从碰撞 或爆炸 前瞬间的位置以新的动量开始运动 5 散射 微观粒子的碰撞 微观粒子相互接近时并不发生直接接触 因此微观粒子的碰撞又叫做散射 粒子散射后 速度方向向着各个方向 散射是研究物质微观结构的重要方法 卢瑟福做了 粒子散射实验 提出了原子的核式结构学说 6 微观世界碰撞现象拾零 1 中子的发现 1932年查德威克 英国 2 中子减速剂 石墨 重水 3 验证汞原子能量量子化的经典实验 弗兰克 赫兹实验 1914年 P60 通过电子与汞原子核碰撞的能量传递 证实了原子能量处于分立的不连续状态 4 粒子加速器 大到茫茫宇宙 小到神秘微观 平凡到日常生活 有着形形色色 风格迥异的碰撞现象 虽然它们的运动个性十足 但都遵守两条铁的纪律 动量守恒和动能不增 这两条规律就象两只无形的手 操纵和控制着事物发展的方向和进程 寻求大千世界变化中的不变量 找到它 我们就能掌握事物变化的规律 这也是物理学探寻未知世界基本的思想方法 碰撞问题的三个依据 小结 1 动量制约 2 动能制约 3 运动制约 守恒 不增 合理 问题拓展 问题1 网球天王 费德勒在一次比赛中 面对迎面飞来的速度为60km h的网球 挥动球拍以70km h的速度击球 打出一记 平击球 试估算此次击球的球速 解 网球拍与网球碰撞为完全弹性 球拍质量远大于球质量 碰前球 拍接近速度60km h 70km h 130km h 碰后球 拍分离速度亦为