高中物理 1.4 动量守恒定律的应用（第3课时）课件 教科版选修35 .ppt

第一章碰撞与动量守恒 1 3动量守恒定律的应用第三课时 几个碰撞问题的定量分析 1 进一步理解弹性碰撞和非弹性碰撞 会用动量和能量的观点综合分析解决一维碰撞问题 2 了解动量守恒定律在研究粒子物理中的重要作用 学习目标定位 知识储备区 1 1 很短 2 很大明显2 1 守恒 2 减少 3 粘在一起3 m1v1 m2v2 选取正方向 4 1 合力为零 2 远大于 3 某一方向上合外力为零 学习探究区 一 对三种碰撞的进一步认识 二 弹性正碰模型及拓展应用 三 碰撞需满足的三个条件 一 对三种碰撞的进一步认识 问题设计 如图1所示 两小球碰撞过程有什么特点 若水平面光滑 碰撞过程中动量是否守恒 若水平面不光滑 动量是否守恒 图1 答案特点是碰撞发生的时间很短 相互作用力很大 根据其特点知无论碰撞发生时两物体组成的系统合外力是否为零 动量都是守恒的 要点提炼 三种碰撞类型及满足规律 1 弹性碰撞动量守恒 m1v1 m2v2 机械能守恒 m1v m2v 2 非弹性碰撞动量守恒 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 m1v1 2 m2v2 2 m1v1 m2v2 机械能减少 损失的机械能转化为 即 ek q 3 完全非弹性碰撞动量守恒 m1v1 m2v2 m1 m2 v共碰撞中机械能损失 即 ek m1v m2v 内能 ek初 ek末 最多 m1 m2 v 例1两个质量分别为300g和200g的物体在无摩擦的水平面上相向运动 速度分别为50cm s和100cm s 1 如果两物体碰撞并结合在一起 求它们的末速度 解析令v1 50cm s 0 5m s v2 100cm s 1m s 设两物体碰撞后结合在一起的共同速度为v 由动量守恒定律得m1v1 m2v2 m1 m2 v 代入数据解得v 0 1m s 方向与v1的方向相反 答案0 1m s 与50cm s的方向相反 2 求碰撞后两物体损失的动能 解析碰撞后两物体损失的动能为 ek m1v m2v m1 m2 v2 0 3 0 52 0 2 1 2 0 3 0 2 0 1 2 j 0 135j 答案0 135j 3 如果碰撞是弹性碰撞 求每一物体碰撞后的速度 解析如果碰撞是弹性碰撞 设碰后两物体的速度分别为v1 v2 由动量守恒定律得m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 由机械能守恒定律得m1v m2v m1v1 2 m2v2 2 代入数据得v1 0 7m s v2 0 8m s 答案0 7m s0 8m s碰撞后均反向运动 返回 问题设计 二 弹性正碰模型及拓展应用 已知a b两个弹性小球 质量分别为m1 m2 b小球静止在光滑的水平面上 如图2所示 a小球以初速度v1与b小球发生正碰 求碰后a小球速度v1 和b小球速度v2 的大小和方向 图2 解析由碰撞中的动量守恒和机械能守恒得m1v1 m1v1 m2v2 m1v m1v1 2 m2v2 2 由 可以得出 v1 v1 v2 v1讨论 1 当m1 m2时 v1 0 v2 v1 两小球速度互换 2 当m1 m2时 则v1 0 v2 0 即小球a b同方向运动 因0 即小球a b反方向运动 其中 当m1 m2时 v1 v1 v2 0 答案见解析 要点提炼 1 两质量分别为m1 m2的小球发生弹性正碰 v1 0 v2 0 则碰后两球速度分别为v1 v2 1 若m1 m2 v1 0 v2 0 则二者弹性正碰后 v1 v2 即二者碰后交换速度 0 v1 v1 v1 2 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 3 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 v1 2v1 v1 原速率 2 如果两个相互作用的物体 满足动量守恒的条件 且相互作用过程的初 末状态总机械能不变 广义上也可以看成弹性碰撞 例2在光滑水平长直轨道上 放着一个静止的弹簧振子 它由一轻弹簧两端各连结一个小球构成 如图3所示 两小球质量相等 现突然给左端小球一个向右的速度v 试分析从开始运动到弹簧第一次恢复原长这一过程中两小球的运动情况并求弹簧第一次恢复原长时 每个小球的速度大小 图3 解析刚开始 a向右运动 b静止 弹簧被压缩 对两球产生斥力 此时a动量减小 b动量增加 当两者速度相等时 两小球间距离最小 弹簧形变量最大 弹簧要恢复原长 对两小球产生斥力 a动量继续减小 b动量继续增加 所以 到弹簧第一次恢复原长时 a球动量最小 b球动量最大 整个过程相当于完全弹性碰撞 在整个过程中 系统动量守恒 且系统的动能不变 有mv mva mvb mv2 mv mv解得 va 0 vb v答案见解析 例3带有光滑圆弧的轨道 质量为m的滑车静止于光滑的水平面上 如图4所示 一个质量为m的小球以速度v0水平冲向滑车 当小球在返回并脱离滑车时 下列说法可能正确的是 a 小球一定沿水平方向向左做平抛运动b 小球可能沿水平方向向左做平抛运动c 小球可能做自由落体运动d 小球可能沿水平方向向右做平抛运动 图4 解析小球冲上滑车 又返回 到离开滑车的整个过程中 由于系统水平方向动量守恒 机械能也守恒 故相当于小球与滑车发生弹性碰撞的过程 如果mm 小球离开滑车向右做平抛运动 故答案应选b c d 答案bcd 返回 要点提炼 三 碰撞需满足的三个条件 1 动量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 动能不增加 即ek1 ek2 ek1 ek2 或 3 速度要符合情景 碰撞后 原来在前面的物体的速度一定增大 且原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度 即v前 v后 否则碰撞没有结束 例4a b两个质量相等的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 当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 8kg m s pb 4kg m sb pa 6kg m s pb 6kg m sc pa 5kg m s pb 7kg m sd pa 2kg m s pb 14kg m s 解析从动量守恒的角度分析 四个选项都正确 从能量的角度分析 a b碰撞过程中没有其他形式的能量转化为它们的动能 所以碰撞后它们的总动能不能增加 碰前b在前 a在后 碰后如果二者同向 一定仍是b在前 a在后 a不可能超越b 所以碰后a的速度应小于b的速度 a选项中 显然碰后a的速度大于b的速度 这是不符合实际情况的 所以a错 碰前a b的总动能ek 碰后的总动能 b选项中ek 所以b是可能的 c选项中ek ek 故c也是可能的 d选项中ek 所以d是不可能发生的 综上 本题正确选项为b c 答案bc 返回 课堂要点小结 返回 动量守恒定律的应用碰撞 弹性碰撞 动量守恒 动能守恒弹性碰撞模型及拓展 非弹性碰撞 动量守恒 总动能减少特例 完全非弹性碰撞 机械能损失最多 碰撞现象的研究及应用 自我检测区 1 2 3 4 1 2 3 4 1 如图5所示 质量为m的a小球以水平速度v与静止的质量为3m的b小球正碰后 a球的速率变为原来的1 2 而碰后球b的速度是 以v方向为正方向 a v 6b vc v 3d v 2 图5 1 2 3 4 解析碰后a的速率为v 2 可能有两种情况 v1 v 2 v1 v 2根据动量守恒定律 有mv mv1 3mv2 当v1 v 2时 v2 v 6 当v1 v 2时 v2 v 2 若它们同向 则a球速度不可能大于b球速度 因此只有d正确 答案d 1 2 3 4 2 两个小球a b在光滑的水平地面上相向运动 已知它们的质量分别是ma 4kg mb 2kg a的速度va 3m s 设为正 b的速度vb 3m s 则它们发生正碰后 其速度可能分别为 a 均为 1m sb 4m s和 5m sc 2m s和 1m sd 1m s和 5m s 1 2 3 4 解析由动量守恒 可验证四个选项都满足要求 再看动能变化情况 e前 mav mbv 27je后 mava 2 mbvb 2由于碰撞过程中动能不可能增加 所以应有e前 e后 据此可排除选项b 1 2 3 4 选项c虽满足e前 e后 但a b沿同一直线相向运动 发生碰撞后各自仍能保持原来的速度方向 这显然是不符合实际的 因此c选项错误 验证a d均满足e前 e后 且碰后状态符合实际 故正确选项为a d 答案ad 1 2 3 4 3 在光滑的水平面上 质量为m1的小球a以速度v0向右运动 在小球a的前方o点有一质量为m2的小球b处于静止状态 如图6所示 小球a与小球b发生正碰后小球a b均向右运动 小球b被在q点处的墙壁弹回后与小球a在p点相遇 pq 1 5po 假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性碰撞 求两小球质量之比m1 m2 图6 1 2 3 4 解析从两小球碰撞后到它们再次相遇 小球a和b的速度大小保持不变 根据它们通过的路程 可知小球b和小球a在碰撞后的速度大小之比为4 1 设碰撞后小球a和b的速度分别为v1和v2 在碰撞过程中动量守恒 碰撞前后动能相等m1v0 m1v1 m2v2