高中物理 16.4 碰撞课件2 新人教版选修35.ppt

4碰撞 1 理解弹性碰撞 非弹性碰撞和完全非弹性碰撞 正碰 对心碰撞 和斜碰 非对心碰撞 2 会应用动量 能量的观点综合分析 解决一维碰撞问题 3 知道散射和中子的发现过程 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 一 常见的碰撞类型 从能量角度分类 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 碰撞后合为一体或碰后具有共同速度 这种碰撞动能损失 守恒 不守恒 最大 从动量方向的角度分类 1 正碰 对心碰撞 两个球发生碰撞 如果碰撞之前球的速度方向与的连线在同一条直线上 碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着的方向而运动 2 斜碰 非对心碰撞 两个球发生碰撞 如果碰撞之前球的运动速度方向与的连线不在同一条直线上 碰撞之后两球的速度方向都会原来两球心的连线而运动 两球心 这条直线 两球心 偏离 若m1 m2的两球发生弹性正碰 v1 0 v2 0 则v1 v2 即二者碰后交换速度 0 v1 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 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 v1 原速率 v1 2v1 三 散射 定义 微观粒子碰撞时 微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样而发生的碰撞 散射方向 由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率 所以多数粒子碰撞后飞向四面八方 接触 很小 一 碰撞的特点 时间特点 在碰撞 爆炸等现象中 相互作用时间很短 相互作用力特点 在相互作用过程中 相互作用力先是急剧增大 然后再急剧减小 平均作用力很大 动量守恒条件特点 系统的内力远远大于外力 所以 系统即使所受外力之和不为零 外力也可以忽略 系统的总动量守恒 位移特点 碰撞 爆炸过程是在一瞬间发生的 时间极短 所以 在物体发生碰撞 爆炸的瞬间 可忽略物体的位移 可以认为物体在碰撞 爆炸前后仍在同一位置 能量特点 碰撞过程中 一般伴随着机械能的损失 碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能 即ek1 ek2 ek1 ek2 二 常见的几类碰撞模型相互作用的两个物体在很多情况下皆可当作碰撞处理 对相互作用中两物体相距恰 最近 最远 或恰上升到 最高点 等一类临界问题 求解的临界条件都是 速度相等 相当于完全非弹性碰撞模型 具体分析如下 图16 4 1 在图16 4 1中 光滑水平面上的a物体以速度v去撞击静止且一端带有弹簧的b物体 a b两物体相距最近时 两物体速度必定相等 此时弹簧最短 其压缩量最大 弹性势能最大 在图16 4 2中 质量为m的滑块静止在光滑水平面上 滑块的光滑弧面底部与桌面相切 一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来 设小球不能越过滑块 则小球到达滑块上的最高点时 即小球的竖直速度为零 两物体的速度必定相等 方向水平向右 图16 4 2 如图16 4 3所示 物体a以速度v0滑上静止在光滑水平面上的小车b 当a在b上滑行的距离最远时 设车足够长 a b两物体相对静止 a b两物体的速度必相等 图16 4 3 三 正确区分爆炸与碰撞的异同点 特别提醒 1 在碰撞过程中 系统的动量守恒 但机械能不一定守恒 2 在爆炸过程中 系统的动量守恒 机械能一定不守恒 3 宏观物体碰撞时一般相互接触 微观粒子的碰撞不一定接触 但只要符合碰撞的特点 就可认为是发生了碰撞 可以用动量守恒的规律分析求解 教材资料分析思考与讨论1 教材p17 碰撞过程中的能量总是守恒的吗 2 教材p18 从理论上分析不同情况下碰撞前后速度的变化情况 点拨两球碰撞时 水平方向只受相互作用的弹力 内力 根据动量守恒定律得m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 由于两球发生弹性碰撞 机械能没有损失 而且碰撞瞬间两球的重力势能均没有发生变化 则碰撞前后两球的总动能不变 即 3 教材p20 a球以速度v1与同样质量且处于静止的b球碰撞 已知碰撞后b球的速度如图16 4 4所示 请你大致画出碰撞后a球的速度 图16 4 4 点拨设碰后a的速度v1 的方向与v1方向夹角为 b的速度v2 与v1方向夹角为 两球质量均为m 据正交分解法分别在v1方向上和垂直于v1方向上应用动量守恒定律 mv1 mv1 cos mv2 cos mv1 sin mv2 sin 据此可得v1 v1 cos v2 cos v1 sin v2 sin 所以碰撞后a球的速度大体上如图所示 碰撞的可能性判断 答案ab 变式1 质量相等的a b两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 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 6kg m s pb 6kg m sb pa 3kg m s pb 9kg m sc pa 2kg m s pb 14kg m sd pa 4kg m s pb 17kg m s 答案a 动量与能量的综合 典例2 如图1644所示 abc为一固定在竖直平面内的光滑轨道 bc段水平 ab段与bc段平滑连接 质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑 与静止在轨道bc段上质量为m2的小球发生碰撞 碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上 且在碰撞过程中无机械能损失 求碰撞后小球m2的速度大小v2 图16 4 4 借题发挥对于物理过程较复杂的问题 应注意将复杂过程分解为若干简单的过程 或阶段 判断在哪个过程中系统动量守恒 哪一个过程机械能守恒或不守恒 但能量守恒定律却对每一过程都适用 图16 4 5 变式2