高中物理 第十六章 动量守恒定律 第四节 碰撞课堂探究学案 新人教版选修3-5.doc

第四节 碰撞课堂探究探究一 对碰撞问题的认识和理解问题导引如图所示，打台球时，质量相等的母球与目标球发生碰撞，两个球一定交换速度吗？提示：不一定。只有质量相等的两个物体发生在同一直线上的弹性碰撞时，系统的总动量守恒，总机械能守恒，才会发生速度交换，否则不会交换速度。名师精讲1对碰撞的广义理解物理学里所研究的碰撞，包括的范围很广，只要通过短时间作用，物体的动量发生了明显的变化，都可视为碰撞。例如：两个小球的撞击，子弹射入木块，系在绳子两端的物体将松弛的绳子突然拉直，铁锤打击钉子，列车车厢的挂接，中子轰击原子核等均可视为碰撞问题。需注意的是必须将发生碰撞的双方（如两小球、子弹和木块、铁锤和钉子、中子和原子核等）包括在同一个系统中，才能对该系统应用动量守恒定律。2碰撞过程的五个特点（1）时间特点：在碰撞、爆炸现象中，相互作用的时间很短。（2）相互作用力的特点：在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后急剧减小，平均作用力很大。（3）动量守恒条件的特点：系统的内力远远大于外力，所以系统即使所受合力不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒。（4）位移特点：碰撞、爆炸过程是在一瞬间发生的，时间极短，在物体发生碰撞、爆炸的瞬间，可忽略物体的位移，认为物体在碰撞、爆炸前后仍在同一位置。（5）能量特点：碰撞前总动能ek与碰撞后总动能ek满足：ekek。3碰撞中系统的能量（1）弹性碰撞：动量守恒，机械能守恒。（2）非弹性碰撞：动量守恒，动能有损失。（3）完全非弹性碰撞：动量守恒，动能损失最大，碰撞后两物体粘在一起以相同的速度运动。4处理碰撞问题的三个原则（1）系统动量守恒，即p1p2p1p2。（2）系统动能不增加，即ek1ek2ek1ek2或。（3）速度要合理：碰前两物体同向，则v后v前，碰后，原来在前面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。警示（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增加。（2）一个符合实际的碰撞，除动量守恒外还要满足能量守恒，注意碰撞完成后不可能发生二次碰撞的速度关系的判定。（3）要灵活运用ek或p；ekpv或p几个关系式转换动能、动量。【例题1】 如图所示，在离地面 3h的平台边缘有一质量为2m的小球a，在其上方悬挂着一个质量为m的摆球b，当球b从离平台3h高处由静止释放到达最低点时，恰与a发生碰撞，使a球水平抛出，已知碰后a着地点距抛出点的水平距离为3h，b偏离的最大高度为h，试求碰后两球的速度大小。点拨：碰前小球b机械能守恒，碰撞中a、b组成的系统动量守恒，碰后a球做平抛运动，b球向上摆动，机械能守恒。解析：设a球碰后的速度为v1，b球碰前和碰后的速度分别为v0、v2，由碰撞前后动量守恒得：mv02mv1mv2碰后对b球由机械能守恒可知：mv3mgh，mghmv，则v0，v2对a球：3hgt2，v1t3h，解得v1答案：反思 在处理碰撞中动量守恒的问题时，要抓住几个关键点，一是选取动量守恒的系统；二是弄清碰撞的类型；三是碰撞过程中存在的关系：能量转化关系、几何关系、速度关系等。触类旁通 你能根据计算结果，判断出两者之间的碰撞属于哪类碰撞吗？答案：碰撞过程中动能的损失为ekmvmv2mvmgh根据计算结果知，两球之间的碰撞有能量损失，故两球的碰撞为非弹性碰撞。探究二爆炸和碰撞问题的比较问题导引汽车在公路上行驶时，驾驶员一定要系上安全带，你知道安全带有什么用途吗？提示：高速公路车辆行驶速度快，若遇到紧急情况需要紧急刹车时，人由于惯性身体会向前运动发生碰撞危险，系上安全带后，安全带会延长人向前运动的时间，缓冲了人体与驾驶盘碰撞的冲力，或阻碍了人体与驾驶盘的碰撞，因此安全带起保护作用。名师精讲碰撞和爆炸问题作用过程中内力远大于外力，故作用过程可用动量守恒定律求解，但二者也有区别：警示 对于爆炸类问题，由于相互作用力是变力，用牛顿运动定律求解非常复杂，甚至根本就无法求解，但用动量守恒定律求解时，只需要考虑过程的始末状态，而不需要考虑过程的具体细节，这正是用动量守恒定律求解问题的优点。【例题2】 在沙堆上有一木块，质量m5 kg，木块上放一爆竹，质量m0.10 kg。点燃爆竹后木块陷入沙中深5 cm，若沙对木块运动的阻力恒为58 n，不计爆竹中火药质量和空气阻力。求爆竹上升的最大高度。解析：火药爆炸时内力远大于重力，所以爆炸时动量守恒，设v、v分别为爆炸后爆竹和木块的速率，取向上的方向为正方向，由动量守恒定律得mvmv0木块陷入沙中做匀减速运动到停止，其加速度为a m/s21.6 m/s2木块做匀减速运动的初速度v m/s0.4 m/s代入式，得v20 m/