1.5 彈性碰撞和非彈性碰撞(教學(xué)設(shè)計(jì))高中物理新教材同步備課(人教版選擇性必修第一冊(cè))

打臺(tái)球打臺(tái)球打乒乓第一章動(dòng)量守恒定律第5節(jié)彈性碰撞和非彈性碰撞敎材分祈本節(jié)課程需要通過演示實(shí)驗(yàn)了解彈性碰撞和非彈性碰撞的特點(diǎn)。定量分析一維碰撞問題并能解釋生產(chǎn)生活中的彈性碰撞和非彈性碰撞現(xiàn)象。會(huì)用守恒定律分析物理問題的方法體會(huì)自然界的和諧與統(tǒng)一。敎學(xué)目標(biāo)與核心盍養(yǎng)【物理觀念】握彈性碰撞、非彈性碰撞的特點(diǎn)?！究茖W(xué)思維】會(huì)應(yīng)用動(dòng)量、能量的觀點(diǎn)綜合分析、解決一維碰撞問題?！究茖W(xué)探究】觀看演示視頻后學(xué)生分組探究碰撞現(xiàn)象的特點(diǎn)，教師引導(dǎo)總結(jié)碰撞問題中的守恒量能對(duì)常見的一維碰撞問題進(jìn)行定量計(jì)算?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】感受不同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。加深對(duì)動(dòng)量守恒與能量守恒定律的理解，能運(yùn)用這兩個(gè)定理解決一些簡單的與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問題教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問題?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】對(duì)各種碰撞問題的理解。一、【引入新課】生活中存在著各種碰撞現(xiàn)象生活中存在著各種碰撞現(xiàn)象釘釘子打樁機(jī)打樁打籃球時(shí)的肢體碰撞拳擊低頭族撞墻撞機(jī)釘釘子打樁機(jī)打樁打籃球時(shí)的肢體碰撞拳擊低頭族撞墻撞機(jī)思考：碰撞是自然界中常見的現(xiàn)象。隕石撞擊地球而對(duì)地表產(chǎn)生破壞網(wǎng)球受球拍撞擊而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài),物體碰撞中動(dòng)量的變化情況，前面已進(jìn)行了研究。那么，在各種碰撞中能量又是如何變化的？物體碰撞時(shí)，通常作用時(shí)間很短，相互作用的內(nèi)力很大，因此，外力往往可以忽略不計(jì)，滿足動(dòng)量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動(dòng)能的變化情況進(jìn)而對(duì)碰撞進(jìn)行分類。研究兩輛小車碰撞前后總動(dòng)能的變化情況二、【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一、彈性碰撞和非彈性碰撞研究小車碰撞前后的動(dòng)能變化如圖滑軌上有兩輛安裝了彈性碰撞架的小車，它們發(fā)生碰撞后改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測(cè)量兩輛小車的質(zhì)量以及它們碰撞前后的速度,研究碰撞前后總動(dòng)能的變化情況。研究兩輛小車碰撞前后總動(dòng)能的變化情況碰撞：定義:相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體相遇，在極短時(shí)間內(nèi),通過相互作用，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著變化的過程叫碰撞。特點(diǎn):1.相互作用時(shí)間極短；在極短時(shí)間內(nèi),內(nèi)力從零變到極大又迅速變?yōu)榱?，其平均值很大??碰撞過程中系統(tǒng)所受合外力為零或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力；4.碰撞過程兩物體產(chǎn)生的位移可忽略,可認(rèn)為碰撞前后物體處于同一位置系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的彈性碰撞和非彈性碰撞：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。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?！菊n內(nèi)練習(xí)】1、如圖，在光滑水平面上,兩個(gè)物體的質(zhì)量都是m,碰撞前一個(gè)物體靜止，另一個(gè)以速度v向它撞去。碰撞后兩個(gè)物體粘在一起，成為一個(gè)質(zhì)量為2m的物體，以一定速度繼續(xù)前進(jìn)。碰撞后該系統(tǒng)的總動(dòng)能是否會(huì)有損失？分析：可以先根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出碰撞后的共同速度v,然后分別計(jì)算碰撞前后的總動(dòng)能進(jìn)行比較。解根據(jù)動(dòng)蜃守恒定律.加護(hù)=咖.則VV碰撞前的總動(dòng)能+僭I?碰撞后的總動(dòng)能即=*（加W=*￡；町心碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)能小于碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)能。mwiiImf探究點(diǎn)二、彈性碰撞的實(shí)例分析對(duì)心碰撞:如圖兩個(gè)小球相碰，碰撞之前球的運(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。這種碰撞稱為正碰，也叫作對(duì)心碰撞或一維碰撞。m,叫m,叫碰撞肩對(duì)心碰撞非對(duì)心碰撞:一個(gè)運(yùn)動(dòng)的球與一個(gè)靜止的球碰撞，如果碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線不在同碰撞后碰撞前一條直線上，碰撞之后兩球的速度都會(huì)偏離原來兩球心的連線。如圖乙、丙所示。碰撞后碰撞前◎:懇碰撞從丙思考：發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體,由于質(zhì)量不同，碰撞后的速度將有哪些特點(diǎn)？我們假設(shè)物體m］以速度v1與原來靜止的物體m2發(fā)生正碰，如圖所示。碰撞后它們的速度分別為V］，和v2，。

㈣運(yùn)動(dòng)物體與靜止物體碰撞碰撞過程遵從動(dòng)量守恒定律，據(jù)此可以列出包含上述各已知量和未知量的方程:miV1=miVi㈣運(yùn)動(dòng)物體與靜止物體碰撞碰撞過程遵從動(dòng)量守恒定律，據(jù)此可以列出包含上述各已知量和未知量的方程:miV1=miVi'+m2V2‘（1）丄1彈性碰撞中沒有動(dòng)能損失,于是可以列出另一個(gè)方程：2m1v12=2m1V]'2+叫v2,從方程（1）（2）可以解出兩個(gè)物體碰撞后的速度分別為：(2)m-m—r才Vm+m1V1一12(3)2m1V,m+m1V2=12(4)我們對(duì)幾種情況下（3）（4）的結(jié)果作一些分析。若m1=m2,這時(shí)有:m]—m2=0,m1+m22m.]。根據(jù)（3）（4）兩式，得V]'=0V2=V1這表示第一個(gè)物體的速度由v1變?yōu)?,而第二個(gè)物體由靜止開始運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的速度等于第一個(gè)物體原來的速度。若m1>>m2，這時(shí)有m]—m2-m1,m1+m2-m1O根據(jù)（3）（4）兩式，得v1'一v1v'一2v21這表示碰撞后，第一個(gè)物體的速度幾乎沒有改變，而第二個(gè)物體以2v1的速度被撞出去.2m1Vm+m2m1Vm+m1

m2,12-0v2一0若m1<<m2,這時(shí)有m1—m2-—根據(jù)（3）（4）兩式，得:V]'—一V]探究點(diǎn)三、碰撞的種類及特點(diǎn)碰撞的種類及特點(diǎn)：分類標(biāo)準(zhǔn)種類特點(diǎn)否守恒彈性磁撞動(dòng)最守恒，機(jī)挾能守恒非彈性碰撞動(dòng)量孑恒「機(jī)械能有損失完全罪弾性確撞動(dòng)屋眷恒，機(jī)械能損火杲大疏撞謫后動(dòng)量是否英線對(duì)心碰撞(正碩)硼撞詢后速度共線#對(duì)心碰撞徐1碰)碰撞前后速度不共線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)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。探究點(diǎn)四、漫步科學(xué)一抽象與概括抽象與概括：物理概念是運(yùn)用抽象、概括等方法進(jìn)行思維加工的產(chǎn)物。為了揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律往往需要根據(jù)研究對(duì)象和問題的特點(diǎn)，從研究的目的出發(fā)，忽略個(gè)別的、非本質(zhì)的屬性，抽取共同的、本質(zhì)的屬性進(jìn)行研究，這是一種抽象的思維方法。把事物共同的、本質(zhì)的屬性提煉出來，從而推廣到同類事物上去,找到事物的共同屬性，這是一種概括的思維方法。在動(dòng)量概念的建立過程中，物理學(xué)家研究了各種各樣的碰撞現(xiàn)象，尋找物理量來揭示運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，發(fā)現(xiàn):“每個(gè)物體所具有的‘動(dòng)量'在碰撞后可以增多或減少，但是在碰撞前后系統(tǒng)的這一量值卻保持不變”?？茖W(xué)前輩就是在追尋不變量的努力中，通過抽象、概括等方法提出了動(dòng)量的概念,并通過動(dòng)量守恒定律建立了自然界的相互聯(lián)系。課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié)1.彈性碰撞:碰撞過程中機(jī)械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。規(guī)律:動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒能量轉(zhuǎn)化情況:系統(tǒng)動(dòng)能沒有損失2非彈性碰撞:碰撞過程中機(jī)械能減小，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。(1)規(guī)律:動(dòng)量守恒、機(jī)械能減?、颇芰哭D(zhuǎn)化情況:系統(tǒng)動(dòng)能損失

完全非彈性碰撞:碰撞后兩物體連在一起運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞隨堂練習(xí)例1、（單選）質(zhì)量相等的A、B兩球在光滑水平面上沿同一條直線、在同一方向上運(yùn)動(dòng),A球的動(dòng)量pA=9kg?m/s,B球的動(dòng)量pB=3kg.m/s。A球追上B球時(shí)發(fā)生碰撞，則A、B兩球碰撞后的動(dòng)量可能是（）pA'=6kg?m/s,pB，=6kg?m/spA=8kg?m/s,pB'=4kg?m/spA=—2kg?m/s,pB'=14kg?m/spA'=—4kg?m/s,pB'=17kg?m/s【正確答案】:A【詳細(xì)解析】：設(shè)A、B兩球的質(zhì)量均為m,以A、B為系統(tǒng)，系統(tǒng)受外力之和為零,A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，即pAf+pBf=pA+pB=9kg.m/s+3kg?m/s=12kg?m/s，故先排除了D項(xiàng)。A、B碰撞前的動(dòng)P2P；81+9頁j=能之和應(yīng)大于或等于碰撞后的動(dòng)能之和，即EkA+EkB^EkA'+EkB，；EkA+EkB81+9頁j=90'2'2PaPb2mJ,EkA+EkB=~2m+~2m，將A、B、C三項(xiàng)數(shù)據(jù)代入又可排除C項(xiàng)。A、B兩球碰撞后沿同一方向運(yùn)動(dòng)，后面A球的速度應(yīng)小于或等于B球的速度，即vA'WvB'，代入數(shù)據(jù)可排除B項(xiàng)，故A正確。例2、（單選）在光滑的水平面上有三個(gè)完全相同的小球，它們?cè)谕粭l直線上,2、3小球靜止,并靠在一起,1小球以速度v0射向它們，如圖所示。設(shè)碰撞中不損失機(jī)械能，則碰后三個(gè)小球的速度可能值是（）丄V1=V2=V3=“"v0丄V1=0，V2=V3^；2V01V1=0，v2=v3=■<2v0v1=v2=0，v3=v0【正確答案】:D

【詳細(xì)解析】：兩個(gè)質(zhì)量相等的小球發(fā)生彈性正碰,碰撞過程中動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，碰撞后將交換速度，故D正確。1例3、（多選）質(zhì)量為M的帶有4光滑圓弧軌道的小車靜止置于光滑水平面上，如圖所示，一質(zhì)量也為M的小球以速度v0水平?jīng)_上小車，到達(dá)某一高度后，小球又返回小車的左端,則（）A.小球以后將向左做平拋運(yùn)動(dòng)B?小球?qū)⒆鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng)1此過程小球?qū)π≤囎龅墓?Mv02V2小球在弧形軌道上升的最大高度為石【正確答案】:BC【詳細(xì)解析】：小球上升到最高點(diǎn)時(shí)與小車