2020-2021學(xué)年高中物理人教版選修3-5配套學(xué)案：第十六章 第四節(jié)　碰撞 Word版含解析

1、第四節(jié)碰撞【素養(yǎng)目標(biāo)定位】了解什么是彈性碰撞和非彈性碰撞知道什么是對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞及散射現(xiàn)象會(huì)運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析、解決碰撞等相互作用的問題【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·夯基固本·落實(shí)新知知識(shí)點(diǎn)1彈性碰撞和非彈性碰撞1彈性碰撞如果碰撞過程中_機(jī)械能_守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。2非彈性碰撞(1)非彈性碰撞：如果碰撞過程中_機(jī)械能_不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。(2)完全非彈性碰撞：是非彈性碰撞的特例，這種碰撞的特點(diǎn)是碰后_粘在一起_(或碰后具有共同的速度)，其動(dòng)能損失_最大_。知識(shí)點(diǎn)2對(duì)心碰撞與非對(duì)心碰撞1對(duì)心碰撞(正碰)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的球與一個(gè)靜止的球碰撞，碰

2、撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與_兩球心_的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會(huì)沿著_這條直線_。2非對(duì)心碰撞一個(gè)運(yùn)動(dòng)的球與一個(gè)靜止的球碰撞，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與_兩球心_的連線不在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度都會(huì)_偏離_原來兩球心的連線。知識(shí)點(diǎn)3散射1定義微觀粒子碰撞時(shí)，微觀粒子相互接近時(shí)并不像宏觀物體那樣_相互接觸_而發(fā)生的碰撞。2散射方向由于粒子與物質(zhì)微粒發(fā)生對(duì)心碰撞的概率_很小_，所以多數(shù)粒子碰撞后飛向四面八方。 思考辨析判一判(1)兩物體間發(fā)生瞬間碰撞，動(dòng)量一定守恒，動(dòng)能可能不守恒。()(2)兩物體間發(fā)生碰撞，動(dòng)量和動(dòng)能都守恒。(×)(3)兩物體發(fā)生斜碰時(shí)，動(dòng)量不守恒。(&

3、#215;)(4)微觀粒子的散射現(xiàn)象的發(fā)生是因?yàn)榱Ｗ优c物質(zhì)微粒發(fā)生了對(duì)心碰撞。(×)(5)碰撞后，兩個(gè)物體粘在一起，動(dòng)量是守恒的，但機(jī)械能損失是最大的。()選一選質(zhì)量為ma1 kg，mb2 kg的小球在光滑的水平面上發(fā)生碰撞，碰撞前后兩球的位移時(shí)間圖像如圖所示，則可知碰撞屬于(a)a彈性碰撞b非彈性碰撞c完全非彈性碰撞d條件不足，不能確定解析：由xt圖像知，碰撞前va3 m/s，vb0，碰撞后va1 m/s，vb2 m/s，碰撞前動(dòng)能mavmbvj，碰撞后動(dòng)能mava2mbvb2j，故機(jī)械能守恒；碰撞前動(dòng)量mavambvb3 kg·m/s，碰撞后動(dòng)量mavambvb3 kg

4、·m/s，故動(dòng)量守恒，所以碰撞屬于彈性碰撞。想一想五個(gè)完全相同的金屬球沿直線排列并彼此鄰接，把最左端的小球拉高釋放，撞擊后發(fā)現(xiàn)最右端的小球擺高，而其余四球不動(dòng)，你知道這是為什么嗎？答案：由于小球發(fā)生了彈性碰撞，碰撞中的動(dòng)量和動(dòng)能都守恒，發(fā)生了速度、動(dòng)能的“傳遞”。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難·萃取精華探究碰撞的特點(diǎn)和分類思考討論1_如圖所示，取一只乒乓球，在球上挖一個(gè)圓孔，向球內(nèi)填進(jìn)一些橡皮泥或碎泡沫塑料，放在桌子的邊緣處，將玩具槍平放在桌面上，瞄準(zhǔn)球的圓孔，扣動(dòng)扳機(jī)，讓子彈射入孔中，與乒乓球一同水平拋出。只需測(cè)出球的質(zhì)量m、子彈的質(zhì)量m、桌面的高度h和乒乓球落

5、地點(diǎn)離桌子邊緣的水平距離s，就可估算出玩具槍子彈的射出速度v。你能推導(dǎo)出計(jì)算v的表達(dá)式嗎？試著做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)。答案：能解析：子彈與乒乓球一起做平拋運(yùn)動(dòng)，結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律：sv0t，hgt2求出平拋初速度v0，此即為子彈與乒乓球作用后的共同速度，再根據(jù)動(dòng)量守恒：mv(mm)v0可求出玩具槍子彈的射出速度v。歸納總結(jié)_1碰撞的種類及特點(diǎn)分類標(biāo)準(zhǔn)種類特點(diǎn)能量是否守恒彈性碰撞動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒非彈性碰撞動(dòng)量守恒，機(jī)械能有損失完全非彈性碰撞動(dòng)量守恒，機(jī)械能損失最大碰撞前后動(dòng)量是否共線對(duì)心碰撞(正碰)碰撞前后速度共線非對(duì)心碰撞(斜碰)碰撞前后速度不共線2碰撞和爆炸的比較名稱比較項(xiàng)目爆炸碰撞相同點(diǎn)過程特點(diǎn)

6、都是物體間的相互作用突然發(fā)生，相互作用的力為變力，作用時(shí)間很短，平均作用力很大，且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受的外力，所以可以認(rèn)為碰撞、爆炸過程中系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。能量情況都滿足能量守恒，總能量保持不變不同點(diǎn)動(dòng)能、機(jī)械能情況有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能會(huì)增加，機(jī)械能不守恒。彈性碰撞時(shí)動(dòng)能不變，非彈性碰撞時(shí)動(dòng)能要損失，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，動(dòng)能減少，機(jī)械能不守恒。特別提醒 (1)當(dāng)遇到兩物體發(fā)生碰撞的問題，不管碰撞環(huán)境如何，要首先想到利用動(dòng)量守恒定律。(2)對(duì)心碰撞是同一直線上的運(yùn)動(dòng)過程，只在一個(gè)方向上列動(dòng)量守恒方程即可，此時(shí)應(yīng)注意速度正、負(fù)號(hào)的選取。典例剖析_典例12019年3月16日，世界女子冰壺錦標(biāo)賽在丹麥

7、錫爾克堡舉行，中國隊(duì)93輕取平昌冬奧會(huì)冠軍瑞典隊(duì)，取得開門紅。圖為比賽中中國運(yùn)動(dòng)員在最后一投中，將質(zhì)量為19 kg的冰壺拋出，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后以0.4 m/s的速度正碰靜止的瑞典冰壺，然后中國隊(duì)冰壺以0.1 m/s的速度繼續(xù)向前滑向大本營中心。若兩冰壺質(zhì)量相等。求：(1)瑞典隊(duì)冰壺獲得的速度。(2)試判斷兩冰壺之間的碰撞是彈性碰撞還是非彈性碰撞。解題指導(dǎo)：解析：(1)由動(dòng)量守恒定律知mv1mv2mv3將v10.4 m/s，v20.1 m/s代入上式得：v30.3 m/s。(2)碰撞前的動(dòng)能e1mv0.08 m，碰撞后兩冰壺的總動(dòng)能e2mvmv0.05 m因?yàn)閑1>e2，所以兩冰壺的碰撞為非

8、彈性碰撞。答案：(1)0.3 m/s(2)非彈性碰撞對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_1(2020·河南省八市高二下學(xué)期第二次聯(lián)考)如圖所示，兩個(gè)大小相同的小球a、b用等長(zhǎng)的細(xì)線懸掛于o點(diǎn)，線長(zhǎng)為l，ma2mb，若將a由圖示位置靜止釋放，在最低點(diǎn)與b球相碰，重力加速度為g，則下列說法正確的是(b)aa下落到最低點(diǎn)的速度是b若a與b發(fā)生完全非彈性碰撞，則第一次碰后a上升的最大高度是lc若a與b發(fā)生完全非彈性碰撞，則第一次碰時(shí)損失的機(jī)械能為mbgld若a與b發(fā)生彈性碰撞，則第一次碰后a上升的最大高度是l解析：a下落過程由機(jī)械能守恒：magl(1cos 60°)mav2，得v，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤；若a與b發(fā)生

9、完全非彈性碰撞，則有：mav(mamb)v，(mamb)v2(mamb)gh，解得：hl，故選項(xiàng)b正確；emav2(mamb)v2mbgl，故選項(xiàng)c錯(cuò)誤；若a與b發(fā)生彈性碰撞，則有：mavmavambvb，mav2mavmbv，mavmagh，解得：hl，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤。探究分析碰撞問題的“三個(gè)原則”思考討論2_下圖是馬爾西發(fā)表的著作中的一幅插圖，一顆大理石球?qū)π淖矒粢慌糯笮∠嗟惹彝荣|(zhì)料的小球時(shí)，運(yùn)動(dòng)將傳遞給最后一個(gè)小球，其余的小球毫無影響。你能解釋這是為什么嗎？提示：該碰撞為彈性碰撞。滿足動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒，碰后速度“交換”。歸納總結(jié)_在所給的條件不足的情況下，碰撞結(jié)果有各種可能，但不管哪種

10、結(jié)果必須同時(shí)滿足以下三條：1動(dòng)量守恒即p1p2p1p2。2動(dòng)能不增加即ek1ek2ek1ek2或。3速度要符合情景如果碰前兩物體同向運(yùn)動(dòng)，則后面物體的速度大于前面物體的速度，即v后>v前，否則無法實(shí)現(xiàn)碰撞。碰撞后，原來在前的物體的速度一定增大，且原來在前的物體的速度大于或等于原來在后的物體的速度，即v前v后，否則碰撞沒有結(jié)束，如果碰前兩物體是相向運(yùn)動(dòng)，則碰后，兩物體的運(yùn)動(dòng)方向不可能都不改變，除非兩物體碰撞后速度均為零。典例剖析_典例2質(zhì)量相等的a、b兩球在光滑水平面上均向右沿同一直線運(yùn)動(dòng)，a球的動(dòng)量為pa9 kg·m/s，b球的動(dòng)量為pb3 kg·m/s，當(dāng)a球追上b

11、球時(shí)發(fā)生碰撞，則碰后a、b兩球的動(dòng)量可能是(a)apa6 kg·m/s，pb6 kg·m/sbpa8 kg·m/s，pb4 kg·m/scpa2 kg·m/s，pb14 kg·m/sdpa4 kg·m/s，pb17 kg·m/s解題指導(dǎo)：依據(jù)分析碰撞問題的“三個(gè)原則”排除不符合“三個(gè)原則”的選項(xiàng)。解析：a、b組成的系統(tǒng)受合外力為0，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，即papbpapb9 kg·m/s3 kg·m/s12 kg·m/s，故先排除d項(xiàng)。a、b碰撞前的動(dòng)能應(yīng)大于或等于碰撞后的動(dòng)能，即ekaekb

12、ekaekb，ekaekb(j)(j)ekaekb，將a、b、c三項(xiàng)數(shù)值代入可排除c項(xiàng)。a、b選項(xiàng)數(shù)據(jù)表明碰撞后兩球的動(dòng)量均為正值，即碰后兩球沿同一方向運(yùn)動(dòng)。因a球的速度應(yīng)小于或等于b球的速度，即vavb，而va>vb，因此又可排除b項(xiàng)。所以該題的正確選項(xiàng)為a。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練_2如圖所示，在光滑的水平面上有一質(zhì)量為0.2 kg的小球以5.0 m/s的速度向前運(yùn)動(dòng)，與質(zhì)量為3.0 kg的靜止木塊發(fā)生碰撞，假設(shè)碰撞后木塊的速度是v木1 m/s，則(b)av木1 m/s這一假設(shè)是合理的，碰撞后球的速度為v球10 m/sbv木1 m/s這一假設(shè)是不合理的，因而這種情況不可能發(fā)生cv木1 m/s這一假設(shè)

13、是合理的，碰撞后小球被彈回來dv木1 m/s這一假設(shè)是可能發(fā)生的，但由于題給條件不足，v球的大小不能確定解析：假設(shè)這一過程可以實(shí)現(xiàn)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得m1vm1v1m2v木，代入數(shù)據(jù)解得v110 m/s，這一過程不可能發(fā)生，因?yàn)榕鲎埠蟮臋C(jī)械能增加了。核心素養(yǎng)提升易錯(cuò)警示·以題說法·啟智培優(yōu)彈性碰撞的一動(dòng)一靜模型a球碰撞原來靜止的b球規(guī)律動(dòng)量mav0mavambvb動(dòng)能mavmavmbv碰后a、b球速度a球vav0b球vbv0討論mambva0，vbv0，兩球碰后交換了速度ma>mbva>0，vb>0，va、vb與v0同向ma<mbva<0，vb>0，碰后a球被彈回來案例如圖所示，b、c、d、e、f,5個(gè)小球并排放置在光滑的水平面上，b、c、d、e,4個(gè)球質(zhì)量相等，而f球質(zhì)量小于b球質(zhì)量，a球的質(zhì)量等于f球質(zhì)量。a球以速度v0向b球運(yùn)動(dòng)，所發(fā)生的碰撞均為彈