新教材高中物理第一章動量守恒定律第5節(jié)彈性碰撞和非彈性碰撞課件新人教版選擇性必修第一冊

第一章

動量守恒定律第5節(jié)

彈性碰撞和非彈性碰撞課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.通過實(shí)驗(yàn),了解彈性碰撞和非彈性碰撞的特點(diǎn)。2.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。3.體會用守恒定律分析物理問題的方法,體會自然界的和諧與統(tǒng)一。1.物理觀念:理解碰撞的特點(diǎn),建立碰撞的過程模型。2.科學(xué)思維:會應(yīng)用動量、能量觀點(diǎn)分析和解決一條直線上的碰撞問題。3.科學(xué)探究:通過研究小車碰撞前后動能的變化,認(rèn)識碰撞過程中的能量轉(zhuǎn)化與守恒。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:體會自然界的和諧與統(tǒng)一。要點(diǎn)一彈性碰撞和非彈性碰撞如果系統(tǒng)在碰撞前后___________①，這類碰撞叫作___________②。如果系統(tǒng)在碰撞后___________③，這類碰撞叫作_____________④。動能不變彈性碰撞動能減少非彈性碰撞要點(diǎn)二正碰兩個小球相碰，碰撞之前球的運(yùn)動速度與兩球心的連線______________⑤，碰撞之后兩球的速度仍會沿著這條直線。這種碰撞稱為_______⑤，也叫作對心碰撞或一維碰撞。在同一條直線上正碰①“動能不變”指的是發(fā)生碰撞的物體動能都不變嗎？提示“動能不變”指的是發(fā)生碰撞的系統(tǒng)的動能不變，單個物體的動能可以發(fā)生變化。②兩球發(fā)生彈性正碰時，兩者碰后一定交換速度嗎？提示不一定。只有質(zhì)量相等的兩個小球發(fā)生彈性正碰時，碰后才會交換速度。③在非彈性碰撞過程中，系統(tǒng)的動能有損失，能否說明碰撞過程能量不守恒？提示不能。碰撞過程中能量守恒，損失的動能變成了其他形式的能，如內(nèi)能。④子彈射入并停在木塊中，系在繩子兩端的物體將松弛的繩子突然拉直，以上兩個過程可以視為哪一類碰撞？提示都可視為完全非彈性碰撞，因?yàn)閮蓚€過程中，發(fā)生作用的兩個物體最后都以相同的速度一起運(yùn)動。⑤如圖所示為兩個臺球碰撞的示意圖，這兩個球發(fā)生的是正碰嗎？提示不是。如果碰撞之前球的運(yùn)動速度方向與兩球心的連線不在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度方向都會偏離原來兩球心的連線而運(yùn)動，這樣的碰撞叫作斜碰(非對心碰撞)。1.碰撞后，兩個物體粘在一起，動量是守恒的，但機(jī)械能損失是最大的。2.與靜止的小球發(fā)生彈性碰撞時，入射小球碰后的速度不可能大于其入射速度。3.質(zhì)量相等的兩球發(fā)生彈性正碰時，兩者碰后交換速度。探究點(diǎn)一

碰撞的特點(diǎn)和分類1.保齡球運(yùn)動中，10個保齡球瓶擺放在一個三角形區(qū)域內(nèi)，有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)動員可以一次用保齡球擊倒全部保齡球瓶，這其中除了運(yùn)用好擲球技巧外，對碰撞規(guī)律的深刻理解也很關(guān)鍵。那么保齡球與保齡球瓶之間的碰撞遵守什么規(guī)律？提示保齡球與保齡球瓶之間的碰撞遵守動量守恒定律。1.碰撞過程的四個特點(diǎn)（1）時間短：在碰撞現(xiàn)象中，相互作用的時間很短。（2）相互作用力大：碰撞過程中，相互作用力先急劇增大，后急劇減小，平均作用力很大。（3）位移?。号鲎策^程是在一瞬間發(fā)生的，時間極短，在物體發(fā)生碰撞的瞬間，可忽略物體的位移，認(rèn)為物體在碰撞前后仍在同一位置。（4）滿足動量守恒的條件：系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，所以即使系統(tǒng)所受合外力不為零，外力也可以忽略，系統(tǒng)的總動量守恒。2.碰撞的種類及特點(diǎn)分類標(biāo)準(zhǔn)種類特點(diǎn)機(jī)械能是否守恒彈性碰撞動量守恒，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)械能損失最大碰撞前后速度是否共線對心碰撞（正碰）碰撞前后速度共線非對心碰撞（斜碰）碰撞前后速度不共線

A

A

探究點(diǎn)二

彈性碰撞的規(guī)律1.如圖是“牛頓擺”裝置，5個完全相同的小鋼球用輕繩懸掛在水平支架上，5根輕繩互相平行，5個鋼球彼此緊密排列，球心等高。用1、2、3、4、5分別標(biāo)記5個小鋼球，當(dāng)把小鋼球1向左拉起一定高度，如圖甲所示，然后由靜止釋放，在極短時間內(nèi)經(jīng)過小鋼球間的相互碰撞，可觀察到小鋼球5向右擺起，且到達(dá)的最大高度與小鋼球1的釋放高度相同，如圖乙所示，你能解釋這是為什么嗎？提示該碰撞為彈性碰撞。滿足動量守恒、動能守恒，質(zhì)量相等的小鋼球發(fā)生彈性碰撞，碰后速度“交換”。小鋼球1與小鋼球2碰撞后交換速度，小鋼球2與小鋼球3碰撞后交換速度，小鋼球3與小鋼球4碰撞后交換速度，小鋼球4與小鋼球5碰撞后交換速度，最終小鋼球1、2、3、4靜止，小鋼球5運(yùn)動，且上升的最大高度與小鋼球1的釋放高度相同。

2."一動一靜"彈性碰撞模型的類比應(yīng)用廣義地講，“碰撞”就是一種相互作用，彈性碰撞模型的應(yīng)用不僅僅局限于“碰撞”，如果相互作用前后系統(tǒng)滿足動量守恒、動能不變，具備了這一特征的物理過程，就可理解為“彈性碰撞”過程，就可以類比彈性碰撞的規(guī)律解題。

技巧點(diǎn)撥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)：若有三個或更多個物體參與碰撞，要合理選取所研究的系統(tǒng)。（2）弄清碰撞的類型：彈性碰撞、完全非彈性碰撞還是其他非彈性碰撞。（3）弄清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。

A[解析]利用動量守恒定律及動能定理聯(lián)立求出碰撞前后中子的速度代數(shù)式，再進(jìn)行比較。

ABC

D

C[解析]由圖像知，碰前vA

=4m/s，vB

=0。碰后vA＇=vB＇=1m/s，由動量守恒定律可知mAvA+0=mAvA＇+mBvB＇，解得mB=3mA，故C正確。4.（多選）水平地面上有兩個物體在同一直線上運(yùn)動，兩物體碰撞前后的速度-時間圖像如圖所示（其中一個物體碰后速度變?yōu)?）。下列說法正確的是(

)BC

C

AC

BC1.在光滑水平面上，兩球沿球心連線以相等速率相向而行，下列現(xiàn)象可能的是(

)A.若兩球質(zhì)量相等，碰后以某一相等速率互相分開B.若兩球質(zhì)量相等，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，碰后兩球都靜止A

BD

AD

D

D

D

AB

ABC1 B.2 C.3 D.49.[2021河北衡水高二期中]如圖是“牛頓擺”裝置，5個完全相同的小鋼球用輕繩懸掛在水平支架上，5根輕繩互相平行，5個鋼球彼此緊密排列，球心等高。用1、2、3、4、5分別標(biāo)記5個小鋼球。當(dāng)把小鋼球1向左拉起一定高度，如圖甲所示，然后由靜止釋放，在極短時間內(nèi)經(jīng)過小球間的相互碰撞，可觀察到小鋼球5向右擺起，且達(dá)到的最大高度與小鋼球1的釋放高度相同，如圖乙所示。關(guān)于此實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是(

)DA.上述實(shí)驗(yàn)過程中，5個小鋼球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，動量守恒B.上述實(shí)驗(yàn)過程中，5個小鋼球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，動量不守恒C.如果向左拉起小鋼球1、2、3到相同高度（如圖丙所示），同時由靜止釋放，經(jīng)碰撞后，小鋼球4、5一起向右擺起，且上升的最大高度高于小鋼球1、2、3的釋放高度D.如果向左拉起小鋼球1、2、3到相同高度（如圖丙所示），同時由靜止釋放，經(jīng)碰撞后，小鋼球3、4、5一起向右擺起，且上升的最大高度與小鋼球1、2、3的釋放高度相同[解析]小鋼球5向右擺起，且達(dá)到的最大高度與小鋼球1的釋放高度相同，由分析知5個小鋼球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但在小鋼球1下落和小鋼球5上升過程中都受到重力的沖量，動量不守恒，故A、B錯誤。如果向左拉起小鋼球1、2、3到相同高度同時由靜止釋放，則3與4碰后，3停止、4具有向右的速度，4與5碰撞交換速度，4停止、5向右擺起；3剛停止的時候2過來與之碰撞交換速度，然后3與4碰撞，使4向右擺起；2剛停止的時候1過來與之碰撞交換速度，然后2與3碰撞交換速度，使3向右擺起；故經(jīng)碰撞后，小鋼球3、4、5一起向右擺起，且上升的最大高度與小鋼球1、2、3的釋放高度相同，故D正確，C錯誤。

BC

AD

（1）整個系統(tǒng)損失的機(jī)