1.5弹性碰撞和非弹性碰撞 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（含答案）

第一章第5节弹性碰撞和非弹性碰撞学习目标1.了解什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。2.了解对心碰撞和非对心碰撞。3.加深对动量守恒定律和机械能守恒定律的理解，能运用这两个定律解决与生产、生活相关的实际问题。重点难点1.掌握什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞。(重点)2.掌握碰撞中动量和能量的关系。(难点)自主探究一、碰撞的分类1．从能量角度分类(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。(3)完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体或碰后具有共同速度，这种碰撞动能损失最大。2．从碰撞前后物体运动的方向是否在同一条直线上分类(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两球心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这条直线的方向而运动。(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两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度方向都会偏离原来两球心的连线而运动。二、弹性碰撞特例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′＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)v1，v2′＝eq\f(2m1,m1＋m2)v1。2．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。3．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。4．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。课堂小测(1)两小球在光滑水平面上碰撞后粘在一起，因而不满足动量守恒定律。(×)(2)速度不同的两小球碰撞后粘在一起，碰撞过程中没有能量损失。(×)(3)在系统所受合外力为零的条件下，正碰满足动量守恒定律，斜碰不满足动量守恒定律。(×)要点探究要点1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。要点2碰撞的分类按动能是否损失分类弹性碰撞动量守恒，动能无损失非弹性碰撞动量守恒，动能有损失完全非弹性碰撞动量守恒，动能损失最大按碰撞前动量是否与两物体连线共线分类对心碰撞（正碰）速度与两球连线共线非对心碰撞（斜碰）速度与两球连线不共线要点3．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外力不为零，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：Ek≥Ek′。方法探究1、常见临界问题相互作用的两个物体在很多情况下皆可当作碰撞处理，那么对相互作用中两物体相距恰好“最近”、相距恰好“最远”或刚好上升到“最高点”等一类临界问题，求解的关键都是“速度相等”2、子弹打木块常见的两种类型(1)木块放在光滑的水平面上，子弹以初速度V0射击木块(2)木块固定在水平面上，子弹以初速度V0射击木块。3、子弹击中光滑水平面上的木块时的解题方法(1)系统水平方向动量守恒。(2)系统的总能量守恒。·(3)对木块和子弹分别应用动能定理。4、判断碰撞类问题的三个依据(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eq\f(p\o\al(2,1),2m1)＋eq\f(p\o\al(2,2),2m2)≥eq\f(p1′2,2m1)＋eq\f(p2′2,2m2)。(3)速度要合理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(若碰前两物体同向运动，则v后>v前，,追碰后，原来在前面的物体速度一定,增大，且v前′≥v后′。,,若碰前两物体相向运动，则对碰后两,物体的运动方向不可能都不改变。))随堂训练1.两个相向运动的物体碰撞后都静止,这说明两物体原来的()A.速度大小相等 B.质量大小相等C.动量大小相等 D.动量相同2.行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，关于安全气囊在此过程中的作用，下列说法正确的是()A.增加了司机单位面积的受力大小B.减少了碰撞前后司机动量的变化量C.将司机的动能全部转换成汽车的动能D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积3.如图所示，质量为的滑块放在水平面上O点，现给滑块一水平向右的初速度，经过一段时间滑块与竖直的墙壁发生碰撞，已知碰前的速度大小为、碰后的速度大小为，O点与竖直墙壁的距离为，滑块与竖直墙壁碰撞所用时间为，重力加速度。则下列说法正确的是()A.滑块与水平面之间的动摩擦因数为0.16B.滑块与竖直墙壁碰撞过程中动量的变化量大小为C.碰撞过程中竖直墙壁对滑块的作用力大小为130ND.滑块从O点开始运动到最终停止所用的总时间为2.5s4.穿着溜冰鞋的人静止站在光滑的冰面上，沿水平方向举枪射击，每次射击时子弹对地速度相等，设第一次射出子弹后，人相对于地后退的速度为v，下列说法正确的是()A.无论射出多少子弹，人后退的速度都为v B.射出n颗子弹后，人后退的速度为C.射出n颗子弹后，人后退的速度小于 D.射出n颗子弹后，人后退的速度大于5.如图所示，质量为的小球乙用长为的轻绳悬于O点，另一等大的质量为的小球甲放在光滑的水平面上，小球甲、乙均可视为质点。现给小球甲一水平向右的速度，经过一段时间两小球发生正碰，且碰后小球甲的速度变为，以后小球乙在竖直面内做圆周运动，重力加速度。则下列说法正确的是()A.碰后瞬间小球乙的速度大小为6m/sB.小球甲和小球乙碰撞的过程中损失的机械能为0.6JC.小球乙在最高点时轻绳的拉力大小为零D.两小球碰后的瞬间轻绳的拉力大小为6N6.质量为M的木块静止在光滑水平面上，一颗质量为m的子弹以水平速度击中木块，木块滑行距离s后，子弹与木块以共同速度运动，子弹射入木块的深度为d。为表示该过程，两同学分别画出了如图所示的示意图。对于甲、乙两图的分析，下列说法正确的是()A.不论速度、质量大小关系如何，均是甲图正确B.不论速度、质量大小关系如何，均是乙图正确C.当子弹速度较大时甲图正确，当子弹速度较小时乙图正确D.当时甲图正确，当时乙图正确

答案以及解析1.答案：C解析：在碰撞过程中动量是守恒的,两个相向运动的物体碰撞后都静止,说明碰撞前的动量为零,C对2.答案：D解析：AD.安全气囊可以延长司机的受力时间，根据动量定理，，可知减小了司机受到的作用力，并增大了受力面积，从而减小压强，即减小了单位面积的受力大小，故A错误，D正确；B.司机前后的动量变化量是一定的，安全气囊无法改变动量变化量，故B错误；C.安全气囊并不是将司机的动能全部转换成汽车的动能，故C错误。3.答案：C解析：滑块从O点开始运动到与墙壁碰撞的过程中，对滑块由动能定理得，代入数据可解得，A错误；取碰后的速度方向为正方向，则碰撞的过程中动量的变化量为，代入数据得，故B错误；由动量定理得，代入数据解得，故C正确；碰前由动量定理得，代入数据解得，碰后由动量定理得，代入数据解得，则全程所用的时间为，D错误。4.答案：D解析：设人、枪（包括子弹）的总质量为M，每颗子弹质量为m，子弹射出速度为，射出第1颗子弹，有，设人射出n颗子弹后的速度为，则，可得，因，所以，故选项D正确。5.答案：A解析：碰撞过程中，小球甲、乙组成的系统动量守恒，选取小球甲运动的方向为正方向，根据动量守恒定律得，代入数据可得，A正确；两球碰撞过程中损失的机械能为，代入数据解得，B错误；碰后小球乙由