高中物理選修35導(dǎo)學(xué)案第16章第4節(jié)碰撞

第十六章動量守恒定律第4節(jié)碰撞【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解彈性碰撞、非彈性碰撞，正碰(對心碰撞)和斜碰(非對心碰撞).2.會應(yīng)用動量、能量的觀點(diǎn)綜合分析、解決一維碰撞問題.3.知道散射和中子的發(fā)覺過程，體會理論對實(shí)踐的指導(dǎo)作用，進(jìn)一步了解動量守恒定律的普適性.【使用說明與學(xué)法指導(dǎo)】1．依據(jù)課標(biāo)要求及學(xué)習(xí)目標(biāo)，15分鐘仔細(xì)研讀課本并完成預(yù)習(xí)案，20分鐘完成探究案。2．將你預(yù)習(xí)中的疑問填在“我的疑問〞，預(yù)備在課堂上組內(nèi)爭論.【預(yù)習(xí)案】一、彈性碰撞和非彈性碰撞[導(dǎo)學(xué)探究](1)圖1中大家正在玩一種嬉戲——超級碰撞球.多顆籃球般大小的鋼球用鋼纜懸掛在屋頂.拉開最右邊鋼球到某一高度，然后釋放，碰撞后，僅最左邊的球被彈起，擺至最大高度后落下來再次碰撞，致使最右邊鋼球又被彈起.碩大鋼球交替彈開，周而復(fù)始，情景蔚為壯麗.上述現(xiàn)象如何解釋？圖1(2)如圖2所示，鋼球A、B包上橡皮泥，讓A與靜止的B相碰，兩鋼球(包括橡皮泥)質(zhì)量相等.碰撞后有什么現(xiàn)象？碰撞過程中機(jī)械能守恒嗎？請計算說明.圖2[學(xué)問梳理]彈性碰撞和非彈性碰撞的特點(diǎn)和規(guī)律(1)碰撞特點(diǎn)：碰撞時間特別短；碰撞過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)所受外力可以忽視不計；可認(rèn)為碰撞前后物體處于同一位置.(2)彈性碰撞①定義：假如碰撞過程中機(jī)械能________，這樣的碰撞叫做彈性碰撞.②規(guī)律：動量守恒：m1v1＋m2v2＝____________機(jī)械能守恒：m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2(3)非彈性碰撞①定義：假如碰撞過程中機(jī)械能____________，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞.②規(guī)律：動量守恒：m1v1＋m2v2＝______________機(jī)械能削減，損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為________|ΔEk|＝Ek初－Ek末＝Q③完全非彈性碰撞動量守恒：m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v共碰撞中機(jī)械能損失________|ΔEk|＝m1v＋m2v－(m1＋m2)v.[即學(xué)即用]如圖3，光滑水平地面上有三個物塊A、B和C，它們具有相同的質(zhì)量，且位于同始終線上.開頭時，三個物塊均靜止.先讓A以肯定速度與B碰撞，碰后它們粘在一起，然后又一起與C碰撞并粘在一起.求前后兩次碰撞中損失的動能之比為________.圖3二、對心碰撞和非對心碰撞、散射[導(dǎo)學(xué)探究]如圖4所示為打臺球的情景，質(zhì)量相等的母球與目標(biāo)球發(fā)生碰撞，有時碰后目標(biāo)球的運(yùn)動方向在碰前兩球的球心連線上，有時不在連線上，這是什么緣由？兩個小球碰撞時肯定交換速度嗎？圖4[學(xué)問梳理]對心碰撞、非對心碰撞和散射的理解(1)正碰(對心碰撞)：一個運(yùn)動的球與一個靜止的球碰撞，碰撞之前球的運(yùn)動速度與________的連線在同一條直線上，碰撞之后兩個球的速度仍會沿著____________.(2)斜碰(非對心碰撞)：一個運(yùn)動的球與一個靜止的球碰撞，假如碰撞之前球的運(yùn)動速度與__________的連線不在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度都會偏離____________.(3)散射：微觀粒子相互接近時并不像宏觀物體那樣“________〞，因此微觀粒子的碰撞又叫做散射；發(fā)生散射時仍遵循____________定律.[即學(xué)即用](多項選擇)對碰撞和散射的理解正確的選項是()A.兩小球在光滑水平面上碰撞后粘在一起，因而不滿意動量守恒定律B.在系統(tǒng)所受合外力為零的條件下，正碰滿意動量守恒定律，斜碰不滿意動量守恒定律C.微觀粒子碰撞時并不接觸，但仍屬于碰撞D.微觀粒子碰撞時雖不接觸，但仍滿意動量守恒定律我的疑問探究案【探究案】探究一、彈性碰撞模型及拓展分析例1在光滑的水平面上，質(zhì)量為m1的小球A以速率v0向右運(yùn)動.在小球的前方O點(diǎn)處有一質(zhì)量為m2的小球B處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖5所示.小球A與小球B發(fā)生正碰后小球A、B均向右運(yùn)動.小球B被在Q點(diǎn)處的墻壁彈回后與小球A在P點(diǎn)相遇，PQ＝PO.假設(shè)小球間的碰撞及小球與墻壁之間的碰撞都是彈性碰撞，求兩小球質(zhì)量之比.圖5例2(多項選擇)質(zhì)量為M的帶有光滑圓弧軌道的小車靜止置于光滑水平面上，如圖6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，那么()圖6A.小球以后將向左做平拋運(yùn)動B.小球?qū)⒆鲎杂陕潴w運(yùn)動C.此過程小球?qū)π≤囎龅墓镸vD.小球在弧形槽上上升的最大高度為0探究二、非彈簧碰撞模型分析例3冰球運(yùn)發(fā)動甲的質(zhì)量為80kg.當(dāng)他以5m/s的速度向前運(yùn)動時，與另一質(zhì)量為100kg、速度為3m/s的迎面而來的運(yùn)發(fā)動乙相撞.碰后甲恰好靜止.假設(shè)碰撞時間極短，求：(1)碰后乙的速度的大小；(2)碰撞中總機(jī)械能的損失.例4質(zhì)量為m、速度為v的A球跟質(zhì)量為3m、靜止的B球發(fā)生正碰.碰撞可能是彈性的，也可能是非彈性的，因此，碰撞后B球的速度允許有不同的值.請你論證：碰撞后B球的速度可能是以下值中的(v vv D.v【訓(xùn)練案】一、選擇題(1～9為單項選擇題，10為多項選擇題)1.在一條直線上有相向運(yùn)動的甲、乙兩個小球，它們的動能相等，甲球的質(zhì)量大于乙球的質(zhì)量，它們正碰后可能發(fā)生的狀況是()A.甲、乙兩球都沿乙球的運(yùn)動方向B.甲球反向運(yùn)動，乙球停下C.甲、乙兩球都反向運(yùn)動D.甲、乙兩球都反向運(yùn)動，且動能仍相等E0的第1個物塊向右運(yùn)動，依次與其余兩個靜止物塊發(fā)生碰撞，最終這三個物塊粘在一起，這個整體的動能為()圖1A.E0B.eq\f(2E0,3)C.eq\f(E0,3)D.eq\f(E0,9)3.如圖2所示，細(xì)線上端固定于O點(diǎn)上，其下端系一小球，靜止時細(xì)線長為L.現(xiàn)將細(xì)線和小球拉至圖中實(shí)線位置，此時細(xì)線與豎直方向的夾角為θ＝60°，并在小球原來所在的最低點(diǎn)放置一質(zhì)量相同的泥球，然后使懸掛的小球從實(shí)線位置由靜止釋放，它運(yùn)動到最低點(diǎn)時與泥球碰撞并合為一體，它們一起搖擺中可到達(dá)的最大高度是()圖2A.eq\f(L,2)B.eq\f(L,4)C.eq\f(L,8)D.eq\f(L,16)a、b兩球，其質(zhì)量分別為ma、mb，兩球在t0時刻發(fā)生正碰，并且在碰撞過程中無機(jī)械能損失，兩球在碰撞前后的v－t圖象如圖3所示，以下關(guān)系式正確的選項是()圖3A.ma>mb B.ma<mbC.ma＝mb 5.如圖4所示，木塊A和B質(zhì)量均為2kg，置于光滑水平面上.B與一輕質(zhì)彈簧一端相連，彈簧另一端固定在豎直擋板上，當(dāng)A以4m/s的速度向B撞擊時，A、B之間由于有橡皮泥而粘在一起運(yùn)動，那么彈簧被壓縮到最短時，具有的彈性勢能大小為()圖4A.4J B.8JC.16J D.32J6.如圖5所示，物體A靜止在光滑的水平面上，A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與A質(zhì)量相同的物體B以速度v向A運(yùn)動并與彈簧發(fā)生碰撞，A、B始終沿同始終線運(yùn)動，那么A、B組成的系統(tǒng)動能損失最大的時刻是()圖5A.A開頭運(yùn)動時 B.A的速度等于v時C.B的速度等于零時 D.A和B的速度相等時7.A、B兩球在光滑水平面上沿同始終線、同一方向運(yùn)動，mA＝1kg，mB＝2kg，vA＝6m/s，vB＝2m/s，當(dāng)A追上B并發(fā)生碰撞后，A、B兩球速度的可能值是()A.vA′＝5m/s，vB′＝2.5m/sB.vA′＝2m/s，vB′＝4m/sC.vA′＝－4m/s，vB′＝7m/sD.vA′＝7m/s，vB′＝1.5m/s8.如圖6所示，在光滑水平面上有直徑相同的a、b兩球，在同始終線上運(yùn)動，選定向右為正方向，兩球的動量分別為pa＝6kg·m/s、pb＝－4kg·m/s.當(dāng)兩球相碰之后，兩球的動量可能是()圖6A.pa＝－6kg·m/s，pb＝4kg·m/sB.pa＝－6kg·m/s，pb＝8kg·m/sC.pa＝－4kg·m/s，pb＝6kg·m/sD.pa＝2kg·m/s，pb＝0A(A>1)的原子核發(fā)生彈性正碰.假設(shè)碰前原子核靜止，那么碰撞前與碰撞后中子的速率之比為()A.eq\f(A＋1,A－1) B.eq\f(A－1,A＋1)C.eq\f(4A,A＋12) D.eq\f(A＋12,A－12)10.如圖7所示，大小相同的擺球a和b的質(zhì)量分別為m和3ma向左拉開一小角度后釋放.假設(shè)兩球的碰撞是彈性的，以下推斷正確的選項是()圖7A.第一次碰撞后的瞬間，兩球的速度大小相等B.第一次碰撞后的瞬間，兩球的動量大小相等C.第一次碰撞后，兩球的最大擺角不相等D.第一次碰撞后，兩球的最大擺角相等二、非選擇題11.如圖8所示，ABC為一固定在豎直平面內(nèi)的光滑軌道，BC段水平，AB段與BC段平滑連接，質(zhì)量為m1的小球從高為h處由靜止開頭沿軌道下滑，與靜止在軌道BC段上質(zhì)量為m2的小球發(fā)生碰撞，碰撞后兩球的運(yùn)動方向處于同一水平線上，且在碰撞過程中無機(jī)械能損失，求碰撞后小球m2的速度大小v2.圖812.如圖9所示，在冰壺世錦賽上中國隊以8∶6戰(zhàn)勝瑞典隊，收獲了第一個世錦賽冠，隊長王冰玉在最終一投中，將質(zhì)量為m的冰壺推出，運(yùn)動一段時間后以0.4m/s的速度正碰靜止的瑞典隊冰壺，然后中國隊冰壺以0.1m/s的速度連續(xù)向前滑向大本營中心.假設(shè)兩冰壺質(zhì)量相等，求：圖9(1)瑞典隊冰壺獲得的速度；(2)試推斷兩冰壺之間的碰撞