高中物理选修3-5碰撞

1、 1 16.4 6.4 碰碰 撞撞一、历史上对碰撞物体的研究一、历史上对碰撞物体的研究n最早发表有关碰撞问题研究成果的是布最早发表有关碰撞问题研究成果的是布拉格大学校长、物理学教授马尔西拉格大学校长、物理学教授马尔西（M.Marci,15951667），他在），他在1639年发表的年发表的运动的比例运动的比例中得出一些碰中得出一些碰撞的结论。随后著名的物理学家如伽利撞的结论。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碰撞都先后进行了一系列的实验总结出碰撞规律，为动量守恒定律的建立奠定了基规律，为动量守恒定律的建立奠

2、定了基础。础。二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象打打台台球球二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象撞车撞车二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象打打桩桩机机打打桩桩二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象钉钉钉钉子子二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象飞飞鸟鸟撞撞飞飞机机二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象打打网网球球二、生活中的各种碰撞现象二、生活中的各种碰撞现象拳拳击击( (一一) )碰撞的共性与个性碰撞的共性与个性共性共性: :作用力变化作用力变化快快 有些碰撞碰后分开，有些碰撞碰后粘在一起；有些碰撞碰后分开，有些碰撞碰后

3、粘在一起； 相互作用时间短相互作用时间短作用力峰值大作用力峰值大系统动量守恒系统动量守恒个性个性: :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能可能不守恒【方案方案1 1】 实验测量，间接验证实验测量，间接验证21vv01h1v0 mv02/22h2v 2mv2/2【设问设问1】如何探寻两球碰如何探寻两球碰撞前后有无机械能损失？撞前后有无机械能损失？ 看两次摆角是否相同看两次摆角是否相同由动量守恒定律：由动量守恒定律： 碰撞前系统总动能：碰撞前系统总动能：

4、碰撞后系统总动能：碰撞后系统总动能： 碰撞过程中有机械能损失【方案方案2】 ：理论论证理论论证vv0m2mm mvmv20020vv 0kkEE 20021mvEk2020241)2(221221mvvmmvEk分类方式之一：从能量变化方面分类分类方式之一：从能量变化方面分类( (二二) )碰撞的分类碰撞的分类碰撞过程中机械能守恒碰撞过程中机械能守恒碰撞过程中机械能不守恒碰撞过程中机械能不守恒碰撞后两物粘合在一起，碰撞后两物粘合在一起，以共同速度运动以共同速度运动1 1、弹性碰撞、弹性碰撞：2 2、非弹性碰撞、非弹性碰撞：3 3、完全非弹性碰撞：、完全非弹性碰撞：机械能损失最大机械能损失最大!

5、 !【讨论问题一讨论问题一】一维弹性碰撞的碰后速度的确定一维弹性碰撞的碰后速度的确定v1v1/m1v2/m2m1m2221111vmvmvm222211211212121vmvmvm22111)(vmvvm22221211)(vmvvm211vvv121211vmmmmv121122vmmmv12vv 21mm 若122vv 21mm 若02 v21mm 若01 v则11vv 则11vv则【拓展与应用拓展与应用】 211vvv121vvv 1221vvvv 【例例1】“瑞士天王瑞士天王”费德勒在一次比赛费德勒在一次比赛中，面对迎面飞来的速度为中，面对迎面飞来的速度为60km/h60km/h的网

6、球，的网球，挥动球拍以挥动球拍以70km/h70km/h的速度击球，打出一记的速度击球，打出一记“平击球平击球”，试估算此次击球的球速。，试估算此次击球的球速。解:网球拍与网球碰撞为完全弹性网球拍与网球碰撞为完全弹性, ,球拍质量远大于球质量球拍质量远大于球质量碰前球、拍接近速度碰前球、拍接近速度 60km/h+70km/h=130km/h碰后球、拍分离速度亦为碰后球、拍分离速度亦为 130km/h击球后球拍速度不变击球后球拍速度不变, ,故球速为故球速为130km/h+70km/h =200km/h【讨论问题二讨论问题二】 碰撞过程中能量与形变量的演变碰撞过程中能量与形变量的演变碰撞过程的碰

7、撞过程的“慢镜慢镜头头”v1v共弹性碰撞弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞【例例2】质量为质量为m m速度为速度为v的的A A球，跟质量为球，跟质量为3m3m的的静止静止B B球发生正碰，碰撞可能是弹性，也可能非球发生正碰，碰撞可能是弹性，也可能非弹性，碰后弹性，碰后B B球的速度可能是以下值吗？球的速度可能是以下值吗？（A）0.6v (B)0.4v (C)0.2v解：解：B B球速度的最小值发生在完全非弹性碰撞情形球速度的最小值发生在完全非弹性碰撞情形由动量守恒：由动量守恒：min)3(vmmmvvv25. 0minB B球速度的最大值发生在弹性碰撞时球速度的最大值发生

8、在弹性碰撞时：vmmmvv5 . 032max所以，只有所以，只有0.40.4v是速度可能值是速度可能值分类方式之二：从碰撞速度方向分类分类方式之二：从碰撞速度方向分类 1 1、对心碰撞、对心碰撞正碰：正碰：2 2、非对心碰撞、非对心碰撞斜碰斜碰：碰前运动速度与两球心连线处于同一直线上碰前运动速度与两球心连线处于同一直线上 碰前运动速度与两球心连线不在同一直线上碰前运动速度与两球心连线不在同一直线上【设问设问】斜碰过程满足动量守恒吗？为什么？斜碰过程满足动量守恒吗？为什么？如图，能否大致画出碰后如图，能否大致画出碰后A A球的速度方向？球的速度方向？Av1Bv/ /2BAm2v2/m1v1m1

9、v1/【设问设问】若两球质量相等，又是弹性碰撞你若两球质量相等，又是弹性碰撞你能进一步确定两球碰后速度方向关系吗？能进一步确定两球碰后速度方向关系吗？222121212121vmvmmv222121vvv21vv 1 1、动量制约、动量制约2 2、动能制约、动能制约3 3、运动制约、运动制约( (三三) )碰撞规律总结碰撞规律总结【例例3】在光滑水平面上，动能为在光滑水平面上，动能为E E0 0、动量的大小为、动量的大小为P P0 0的的小钢球小钢球1 1与静止的小钢球与静止的小钢球2 2发生碰撞，碰撞前后球发生碰撞，碰撞前后球1 1的运动的运动方向相反，将碰撞后球方向相反，将碰撞后球1 1的

10、动能和动量的大小分别记为的动能和动量的大小分别记为E E1 1、P P1 1，球，球2 2的动能和动量的大小分别记为的动能和动量的大小分别记为E E2 2、P P2 2，则必有：，则必有： A、E1E0 B、P1E0 D、P2P0参考答案参考答案: :DAB守恒守恒不增不增合理合理( (四四) )微观世界碰撞现象拾零微观世界碰撞现象拾零1 1、中子的发现：、中子的发现：19321932年查德威克年查德威克( (英英国国) )vmmmvHH2vmmmvNN267107 . 4103 . 31/14/HHHNNHmmmmmmmmvv16. 1Hmm( (四四) )微观世界碰撞现象拾零微观世界碰撞现

11、象拾零2 2、中子减速剂：石墨、重水、中子减速剂：石墨、重水( (四四) )微观世界碰撞现象拾零微观世界碰撞现象拾零3 3、验证汞原子能量量子化、验证汞原子能量量子化的经典实验的经典实验弗兰克弗兰克赫兹实验（赫兹实验（19141914年）年） 通过电子与汞原子核碰通过电子与汞原子核碰撞的能量传递，证实了原子撞的能量传递，证实了原子能量处于分立的不连续状态能量处于分立的不连续状态( (四四) )微观世界碰撞现象拾零微观世界碰撞现象拾零4 4、粒子加速器、粒子加速器基本知识点基本知识点弹性碰撞弹性碰撞动量、机械能守恒动量、机械能守恒非弹性碰撞非弹性碰撞动量守恒、机械能有损失动量守恒、机械能有损失完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞动量守恒、机械能损失最大动量守恒、机械能损失最大基本思想方法基本思想方法猜想猜想推论推论小结小结：对心碰撞（正碰）对心碰撞（正碰）碰撞前后速度沿球心连线碰撞前后速度沿球心连线非对心碰撞（斜碰）非对心碰撞（斜碰）碰撞前后速度