【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修1：第1章第4節(jié)彈性碰撞與非彈性碰撞課件

第1章第4節(jié)彈性碰撞與非彈性碰撞基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道非彈性碰撞、完全非彈性碰撞和彈性碰撞的概念和特點(diǎn)。(物理觀念)2.掌握彈性碰撞的規(guī)律,能根據(jù)彈性碰撞的規(guī)律解釋判斷有關(guān)現(xiàn)象,并解決有關(guān)的問題。(科學(xué)思維)3.會應(yīng)用動量、能量的觀點(diǎn)分析、解決一維碰撞問題。(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、不同類型的碰撞1.彈性碰撞碰撞前后系統(tǒng)的總動能

的碰撞稱為彈性碰撞。通常,分子、原子以及更小的粒子間的碰撞、生活中臺球間的碰撞可視為彈性碰撞。

2.非彈性碰撞碰撞過程中機(jī)械能有

的碰撞稱為非彈性碰撞。

3.完全非彈性碰撞如果碰撞后物體

,系統(tǒng)的動能損失

,這種碰撞稱為完全非彈性碰撞。

相等損失結(jié)合在一起最大二、彈性碰撞1.實驗與探究(1)質(zhì)量相等的兩個鋼球碰撞時,碰撞后兩球交換了

,可知碰撞前后兩球的總動能相等。

(2)質(zhì)量較大的鋼球與靜止的質(zhì)量較小的鋼球碰撞時,碰后兩球運(yùn)動方向

。

(3)質(zhì)量較小的鋼球與靜止的質(zhì)量較大的鋼球碰撞時,碰后質(zhì)量較小鋼球速度方向與原來的速度方向

。

速度相同相反2.彈性碰撞的規(guī)律設(shè)質(zhì)量為m1的小球以速度v1與質(zhì)量為m2的靜止的小球發(fā)生彈性碰撞,碰后m1、m2的速度分別為v1'和v2',碰撞過程中動量守恒和動能守恒,有m1v1=

①

=

②

以上兩式聯(lián)立可解得v1'=

,v2'=

,

m1v1'+m2v2'由以上兩式對彈性碰撞實驗研究結(jié)論的解釋:(1)當(dāng)m1=m2時,v1'=

,v2'=

,表示碰撞后兩球交換速度。

(2)當(dāng)m1>m2時,v1'

0,v2'

0,表示碰撞后兩球向前運(yùn)動。

若m1?m2,則v1'=v1,v2'=

。表明m1的速度不變,m2以

的速度被撞出去。

(3)當(dāng)m1<m2時,v1'

0,v2'

0,表示碰撞后質(zhì)量小的球被反彈回來。

若m1?m2,則v1'=

,v2'≈0。表明m1被反向以

彈回,而m2仍靜止。0v1>>2v12v1

<>-v1原速率

易錯辨析判一判1.發(fā)生碰撞的兩個物體的運(yùn)動方向一定都變化。(

)2.微觀粒子的碰撞由于不發(fā)生直接接觸,所以不滿足動量守恒的條件。(

)3.在碰撞現(xiàn)象中,一般內(nèi)力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力,所以可以認(rèn)為碰撞時系統(tǒng)的總動量守恒。(

)××動量守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律之一。不僅低速、宏觀物體的運(yùn)動遵循這一規(guī)律,而且高速、微觀物體的運(yùn)動也遵循這一規(guī)律?！碳磳W(xué)即用練一練如圖所示,A、B、C、D、E、F六個小球并排放置在光滑的水平面上,B、C、D、E四個小球質(zhì)量相等,而F小球質(zhì)量小于B小球質(zhì)量。A小球的質(zhì)量等于F小球的質(zhì)量,A小球以速度v0向B小球運(yùn)動,所產(chǎn)生的碰撞均為彈性碰撞,則碰撞之后(

)A.5個小球靜止,1個小球運(yùn)動B.4個小球靜止,2個小球運(yùn)動C.3個小球靜止,3個小球運(yùn)動D.6個小球都運(yùn)動C解析

A小球與B小球相碰時,由于A小球的質(zhì)量小于B小球的質(zhì)量,A小球彈回,B小球獲得速度與C小球碰撞,由于發(fā)生的碰撞為彈性碰撞且質(zhì)量相等,B小球靜止,C小球獲得速度,同理,C小球與D小球的碰撞,D小球與E小球的碰撞都是如此,E小球獲得速度后與F小球的碰撞過程中,由于E小球的質(zhì)量大于F小球的質(zhì)量,所以E小球、F小球碰后都向前運(yùn)動,所以碰撞之后,A、E、F三小球運(yùn)動,B、C、D三小球靜止,選項C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對碰撞問題的認(rèn)識和理解情境探究下圖為一種游戲器具——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。上述現(xiàn)象如何解釋?要點(diǎn)提示

質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性正碰,碰撞中的動量、動能都守恒,碰后二者交換速度。知識歸納1.對碰撞的廣義理解物理學(xué)里所研究的碰撞,包括的范圍很廣,只要通過短時間作用,物體的動量發(fā)生了明顯的變化,都可視為碰撞。例如:兩個小球的撞擊,子彈射入木塊,系在繩子兩端的物體將松弛的繩子突然拉直,鐵錘打擊釘子,列車車廂的掛接,中子轟擊原子核等均可視為碰撞問題。需注意的是必須將發(fā)生碰撞的雙方(如兩小球、子彈和木塊、鐵錘和釘子、中子和原子核等)包括在同一個系統(tǒng)中,才能對該系統(tǒng)應(yīng)用動量守恒定律。2.碰撞過程的五個特點(diǎn)(1)時間特點(diǎn):在碰撞現(xiàn)象中,相互作用的時間很短。(2)相互作用力的特點(diǎn):在相互作用過程中,相互作用力先是急劇增大,然后急劇減小,平均作用力很大。(3)動量的特點(diǎn):系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力,所以系統(tǒng)即使所受合外力不為零,外力也可以忽略,系統(tǒng)的總動量守恒。(4)位移特點(diǎn):碰撞過程時間極短,在物體發(fā)生碰撞瞬間,可忽略物體的位移,認(rèn)為物體在碰撞前后仍在原位置。(5)能量特點(diǎn):碰撞前總動能Ek與碰撞后總動能Ek'滿足Ek≥Ek'。3.碰撞的規(guī)律(1)碰撞的種類及遵從的規(guī)律種類遵從的規(guī)律彈性碰撞動量守恒,機(jī)械能守恒非彈性碰撞動量守恒,機(jī)械能有損失完全非彈性碰撞動量守恒,機(jī)械能損失最大碰后速度相等(或結(jié)合在一起)(2)特殊的彈性碰撞——運(yùn)動物體碰靜止物體

應(yīng)用體驗例題1

質(zhì)量相等的A、B兩球在光滑水平面上沿同一直線、同一方向運(yùn)動,A球的動量是7kg·m/s,B球的動量是5kg·m/s,當(dāng)A球追上B球發(fā)生碰撞,則碰撞后A、B兩球的動量可能值是(

)A.pA'=6kg·m/s,pB'=6kg·m/s B.pA'=3kg·m/s,pB'=9kg·m/sC.pA'=-2kg·m/s,pB'=14kg·m/s D.pA'=-4kg·m/s,pB'=17kg·m/sA解析

A、B球碰撞遵從動量守恒,有pA+pB=pA'+pB',選項D中數(shù)據(jù)不滿足該方程,因而選項D錯誤;A、B球碰撞遵從能量守恒,碰前的總動能應(yīng)不小于碰后總動能,即

,mA=mB,選項A、B、C中數(shù)據(jù)只有A選項符合上式,選項A正確。規(guī)律方法

1.碰撞現(xiàn)象同時遵守的三條原則(1)動量守恒:即p1+p2=p1'+p2'。(3)碰前、碰后的速度要符合實際的運(yùn)動情境:①如果碰撞前兩物體同向運(yùn)動,則后面物體的速度必大于前面物體的速度,否則無法實現(xiàn)碰撞。碰撞后,原來在前的物體的速度一定增大,且原來在前的物體速度大于或等于原來在后的物體的速度,否則碰撞沒有結(jié)束。②如果碰撞前兩物體是相向運(yùn)動,則碰后兩物體的運(yùn)動方向不可能都不改變(至少有一個物體的速度方向改變),除非兩物體碰撞后速度均為零。2.追碰現(xiàn)象合理性分析判斷流程

針對訓(xùn)練1如圖所示,兩個小球A、B在光滑水平地面上相向運(yùn)動,它們的質(zhì)量mA=4kg、mB=2kg,速度vA=3m/s(設(shè)為正方向)、vB=-3m/s。則它們發(fā)生正碰后,速度的可能值分別為(

)A.vA'=1m/s,vB'=1m/s B.vA'=4m/s,vB'=-5m/sC.vA'=2m/s,vB'=-1m/s D.vA'=-1m/s,vB'=-5m/sA解析

兩球相碰過程遵從動量守恒,有mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB',選項D中數(shù)據(jù)不滿足該方程,選項D錯誤;選項B、C表明,兩球碰后速度方向分別與各自碰前速度方向相同,仍處于碰撞過程,因而錯誤。故選A。例題2

如圖所示,光滑水平直軌道上兩滑塊A、B用橡皮筋連接,A的質(zhì)量為m。開始時橡皮筋松弛,B靜止,給A向左的初速度v0。一段時間后,B與A同向運(yùn)動發(fā)生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的2倍,也是碰撞前瞬間B的速度的一半。求:(1)B的質(zhì)量;(2)碰撞過程中A、B系統(tǒng)機(jī)械能的損失。解析

(1)以初速度v0的方向為正方向,設(shè)B的質(zhì)量為mB,A、B碰撞后的共同速度為v,由題意知,碰撞前瞬間A的速度為

,碰撞前瞬間B的速度為2v,由動量守恒定律得m+2mBv=(m+mB)v解得mB=。(2)從開始到碰后的全過程,由動量守恒定律得mv0=(m+mB)v設(shè)碰撞過程A、B系統(tǒng)機(jī)械能的損失為ΔE,則規(guī)律方法

處理碰撞問題的幾個關(guān)鍵點(diǎn)(1)選取動量守恒的系統(tǒng):有三個或更多個物體參與碰撞時,要合理選取所研究的系統(tǒng)。(2)明確碰撞的類型:彈性碰撞、完全非彈性碰撞還是其他非彈性碰撞。(3)明確碰撞過程中存在的關(guān)系:能量轉(zhuǎn)化關(guān)系、幾何關(guān)系、速度關(guān)系等。針對訓(xùn)練2(多選)在光滑水平面上,一質(zhì)量為m、速度大小為v的A球與質(zhì)量為2m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,則碰后B球的速度大小可能是(

)A.0.7vB.0.6vC.0.4vD.0.2vBC探究二爆炸和碰撞問題的比較情境探究汽車在公路上行駛時,駕駛員一定要系上安全帶,你知道安全帶有什么用途嗎?

要點(diǎn)提示

汽車安全帶在碰撞時對駕駛員進(jìn)行約束,避免碰撞時駕駛員與方向盤及儀表盤等發(fā)生二次碰撞,或避免碰撞時駕駛員沖出車外。知識歸納爆炸與碰撞的比較

比較項爆

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)的總動量守恒過程模型由于碰撞、爆炸過程相互作用的時間很短,作用過程中物體的位移很小,一般可忽略不計,因此可以把作用過程看作一個理想化過程來處理,即作用后物體仍從作用前瞬間的位置以新的動量開始運(yùn)動能量情況都滿足能量守恒,總能量保持不變比較項爆

炸碰

撞不同點(diǎn)動能情況有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動能,動能會增加彈性碰撞時動能不變,非彈性碰撞時動能有損失,動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能閃光語錄

(1)在碰撞過程中,系統(tǒng)的動量守恒,但機(jī)械能不一定守恒。(2)在爆炸過程中,系統(tǒng)的動量守恒,機(jī)械能一定不守恒。(3)宏觀物體碰撞時一般相互接觸,微觀粒子的碰撞不一定接觸,但只要符合碰撞的特點(diǎn),就可認(rèn)為是發(fā)生了碰撞。應(yīng)用體驗例題3

一輛質(zhì)量m1=3.0×103kg的小貨車因故障停在車道上,后面一輛質(zhì)量m2=1.5×103kg的轎車來不及剎車,直接撞入貨車尾部失去動力。相撞后兩車一起沿轎車運(yùn)動方向滑行了x=6.75m停下。已知車輪與路面的動摩擦因數(shù)μ=0.6,求碰撞前轎車的速度大小。(重力加速度g取10m/s2)答案

27m/s針對訓(xùn)練3(2023湖南常德高二模擬)地空導(dǎo)彈又稱防空導(dǎo)彈,是指從地面發(fā)射攻擊空中目標(biāo)的導(dǎo)彈。如圖所示,某次導(dǎo)彈試射中,質(zhì)量為M的地空導(dǎo)彈斜射向天空,運(yùn)動到空中最高點(diǎn)時速度為v0,突然炸成兩塊,質(zhì)量為m的彈頭以速度v沿v0的方向飛去,爆炸過程時間極短,為Δt。整個過程忽略空氣阻力,則下列說法正確的是(

)A.爆炸后的一瞬間,另一塊以

的速度一定沿著與v0相反的方向飛去B.爆炸過程中另一塊對彈頭的平均作用力大小為C.爆炸過程釋放的化學(xué)能為D.爆炸后到落地前,對彈頭和另一塊構(gòu)成的系統(tǒng),水平方向動量守恒D學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(多選)在光滑水平面上,兩球沿球心連線以相等速率相向而行,并發(fā)生碰撞,下列現(xiàn)象可能的是(

)A.若兩球質(zhì)量相同,碰后以某一相等速率互相分開B.若兩球質(zhì)量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.若兩球質(zhì)量不同,碰后以某一相等速率互相分開D.若兩球質(zhì)量不同,碰后以某一相等速率同向而行AD解析

碰撞前、后兩小球組成的系統(tǒng)總動量守恒。碰撞前兩球總動量為零,碰撞后也為零,所以選項A是可能的;若碰撞后兩球以某一相等速率同向而行,則兩球的總動量不為零,所以選項B不可能;碰撞前、后系統(tǒng)的總動量的方向不同,所以動量不守恒,選項C不可能;碰撞前總動量不為零,碰后也不為零,方向可能相同,所以,選項D是可能的。123412342.如圖所示,在光滑水平面上,用等大反向的兩個力F1、F2分別同時作用于A、B兩個靜止的物體上,已知mA<mB,經(jīng)過相同的時間后同時撤去兩力,以后兩物體相碰并黏合為一體,則黏合體最終將(

)A.靜止

B.向右運(yùn)動C.向左運(yùn)動

D.無法確定A解析

選取A、B兩個物體組成的系統(tǒng)為研究對象,整個運(yùn)動過程中,系統(tǒng)所受的合外