高中物理 第16章 动量守恒定律 4 碰撞课件 新人教版选修35.ppt

4碰撞 情景导入 如图是马尔西发表的著作中的一幅插图 一颗大理石球对心撞击一排大小相等且同等质量的小球时 速度将传递给最后一个小球 其余的小球毫无影响 你能解释这是为什么吗 思维导图 一 二 填一填 练一练 一 弹性碰撞和非弹性碰撞 见课本第17页 1 常见的碰撞类型 1 弹性碰撞 碰撞过程中机械能守恒 2 非弹性碰撞 碰撞过程中机械能不守恒 2 一维弹性碰撞分析假设物体m1以速度v1与原来静止的物体m2碰撞 碰撞后它们的速度分别为v1 和v2 则碰后 1 若m1 m2的两球发生弹性正碰 v1 0 v2 0 则v1 0 v2 v1 即两者碰后交换速度 2 若m1 m2 v1 0 v2 0 则二者弹性正碰后 v1 v1 v2 0 表明m1被反向以原速率弹回 而m2仍静止 3 若m1 m2 v1 0 v2 0 则二者弹性正碰后 v1 v1 v2 2v1 表明m1的速度不变 m2以2v1的速度被撞出去 一 二 填一填 练一练 二 对心碰撞和非对心碰撞 见课本第19页 1 两类碰撞 1 对心碰撞 碰撞前后 物体的动量在同一条直线上也叫正碰 2 非对心碰撞 碰撞前后 物体的动量不在同一条直线上 2 散射 1 定义 微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样 接触 而发生的碰撞 2 散射方向 由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小 所以多数粒子碰撞后飞向四面八方 填一填 练一练 两个物体在光滑水平面上发生正碰 可能发生的现象是 a 质量大的物体动量变化大b 两个物体动量变化大小相等 方向相反c 一个物体的速度减小 另一个物体的速度增加d 质量小的物体速度变化大解析 两物体组成的系统动量守恒 即 p p 两物体动量变化大小相等 选项a错误 选项b正确 质量小的速度变化一定大 选项d正确 当发生碰撞的两个物体原来同向运动时 碰后后面的物体的速度减小 前面的物体的速度增加 选项c正确 答案 bcd 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一对碰撞问题的认识和理解 五个完全相同的金属球沿直线排列并彼此邻接 把最左端的小球拉高释放 撞击后发现最右端的小球摆高 而其余四球不动 你知道这是为什么吗 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 爆炸前后仍在原位置 5 能量特点 碰撞前总动能ek与碰撞后总动能ek 满足 ek ek 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 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或静止 4 处理碰撞问题的三个原则 1 系统动量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 系统动能不增加 即ek1 ek2 ek1 ek2 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 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 5 对弹性碰撞的定量分析发生弹性碰撞的两个物体 既遵守动量守恒定律又遵守机械能守恒定律 设参与碰撞的两个物体质量分别为m1和m2 碰撞前两个物体的速度分别为v1和v2 碰撞后两个物体的速度分别为v1 和v2 则由动量守恒定律有m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 由机械能守恒定律有若两物体碰撞时 有一个物体是静止的 设v2 0 则碰撞后的速度为 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 注意以下几种特殊情况 1 当m1 m2时 则有v1 0 v2 v1 此关系说明在碰后实现了动量和动能的全部转移 即两物体交换了速度 2 当m1 m2 则有v1 v1 v2 2v1 即碰后质量为m1的物体速度几乎不变 质量小的物体将以m1的速度的两倍向前运动 如同子弹碰到尘埃 3 m1 m2 v1 v1 v2 0 碰后质量为m1的物体被按原速率弹回 质量为m2的物体几乎不动 如同弹性小球碰到坚硬光滑的地面原速反弹 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题1 2015 全国理综 两滑块a b沿水平面上同一条直线运动 并发生碰撞 碰撞后两者粘在一起运动 经过一段时间后 从光滑路段进入粗糙路段 两者的位置x随时间t变化的图像如图所示 求 1 滑块a b的质量之比 2 整个运动过程中 两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 1 设a b的质量分别为m1 m2 a b碰撞前的速度分别为v1 v2 由题给图像得v1 2m s v2 1m s a b发生完全非弹性碰撞 碰撞后两滑块的共同速度为v 由题给图像得由动量守恒定律得m1v1 m2v2 m1 m2 v 联立 式得m1 m2 1 8 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 2 由能量守恒得 两滑块因碰撞而损失的机械能为由图像可知 两滑块最后停止运动 由动能定理得 两滑块克服摩擦力所做的功为联立 式 并代入题给数据得w e 1 2 答案 1 1 8 2 1 2 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练1如图 光滑水平直轨道上两滑块a b用橡皮筋连接 a的质量为m 开始时橡皮筋松弛 b静止 给a向左的初速度v0 一段时间后 b与a同向运动发生碰撞并粘在一起 碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间a的速度的两倍 也是碰撞前瞬间b的速度的一半 求 1 b的质量 2 碰撞过程中a b系统机械能的损失 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练2如图所示 在光滑水平面上放置a b两物体 质量均为m 其中b物体带有不计质量的弹簧静止在水平面内 a物体以速度v0向右运动 并压缩弹簧 求 1 弹簧压缩量达到最大时a b两物体的速度va和vb 2 弹簧弹性势能的最大值ep 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 探究二爆炸和碰撞问题的比较 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 2015 浙江自选 一辆质量m1 3 0 103kg的小货车因故障停在车道上 后面一辆质量m2 1 5 103kg的轿车来不及刹车 直接撞入货车尾部失去动力 相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了s 6 75m停下 已知车轮与路面的动摩擦因数 0 6 求碰撞前轿车的速度大小 重力加速度g取10m s2 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练3向空中发射一物体 不计空气阻力 当物体的速度恰好沿水平方向时 物体炸裂为a b两块 若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向 则 a b的速度方向一定与原速度方向相反b 从炸裂到落地这段时间里 a飞行的水平距离一定比b的大c a b一定同时到达地面d 炸裂的过程中 a b中受到的爆炸力的冲量大小一定相等 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 物体炸裂过程发生在物体沿水平方向运动时 由于物体沿水平方向不受外力 所以沿水平方向动量守恒 根据动量守恒定律有 ma mb v mava mbvb当va与原来速度v同向时 vb可能与va反向 另外一种情况是由va的大小没有确定 题目只讲a的质量较大 但若va很小 则mava可能小于原动量 ma mb v 这时vb的方向会与va方向一致 即与原来方向相同 所以选项a错误 a b两块在水平飞行的同时 竖直方向做自由落体运动 即做平抛运动 落地时间由高度决定 所以选项c是正确的 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 由于水平飞行距离x v t a b两块炸裂后的速度va vb大小不一定相等 而落地时间t又相等 所以水平飞行距离无法比较大小 所以选项b错误 根据牛顿第三定律 a b所受爆炸力fa fb 力的作用时间相等 所以冲量i f t的大小一定相等 所以选项d是正确的 答案 cd 探究一 探究二 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 2 3 4 5 1 在光滑水平面上 两球沿球心连线以相等速率相向而行 并发生碰撞 下列现象可能的是 a 若两球质量相同 碰后以某一相等速率互相分开b 若两球质量相同 碰后以某一相等速率同向而行c 若两球质量不同 碰后以某一相等速率互相分开d 若两球质量不同 碰后以某一相等速率同向而行解析 光滑水平面上两小球的对心碰撞符合动量守恒的条件 因此碰撞前 后两小球组成的系统总动量守恒 碰撞前两球总动量为零 碰撞后也为零 动量守恒 所以选项a是可能的 若碰撞后两球以某一相等速率同向而行 则两球的总动量不为零 而碰撞前的总动量为零 所以选项b不可能 碰撞前 后系统的总动量的方向不同 所以动量不守恒 选项c不可能 碰撞前总动量不为零 碰后也不为零 方向可能相同 所以 选项d是可能的 答案 ad 1 2 3 4 5 2 关于碰撞的说法 正确的是 a 发生正碰的系统 总动能一定不变b 发生正碰的系统 总动能可能减小c 发生斜碰的系统 总动能一定减小d 发生斜碰的系统 总动能可能不变解析 无论是发生正碰还是斜碰 都有弹性碰撞和非弹性碰撞两种可能 故选项a c错误 答案 bd 1 2 3 4 5 3 如图所示 在光滑水平面上 用等大异向的f1 f2分别同时作用于a b两个静止的物体上 已知ma mb 经过相同的时间后同时撤去两力 以后两物体相碰并粘为一体 则粘合体最终将 a 静止b 向右运动c 向左运动d 无法确定解析 选取a b两个物体组成的系统为研究对象 根据动量定理 整个运动过程中 系统所受的合外力为零 所以动量改变量为零 初始时刻系统静止 总动量为零 最后粘合体的动量也为零 即粘合体