1.5.1 彈性碰撞和非彈性碰撞（授課）-高二物理同步備課系列（人教版2019選擇性必修第一冊(cè)） 課件

5.1彈性碰撞和非彈性碰撞第一單元?jiǎng)恿渴睾愣?物理觀念：掌握彈性碰撞和非彈性碰撞定義。感受動(dòng)量守恒定律在極短時(shí)間作用過程的適用性。2科學(xué)思維：能分析碰撞過程兩物體系統(tǒng)的能量變化。能夠有質(zhì)疑精神，邏輯思維的分析能力，培養(yǎng)建構(gòu)模型能力。能夠推理論證生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，并提出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案。3科學(xué)探究：經(jīng)歷對(duì)碰撞的探究過程，嘗試用科學(xué)探究的方法研究物理問題。能在觀察和分析中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理假設(shè)；具有設(shè)計(jì)探究方案和獲取數(shù)的能力。解釋并交流探究成果。4科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，形成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，能基于數(shù)據(jù)的證據(jù)和邏輯的推理發(fā)表自己的見解。核

心

素

養(yǎng)一、驅(qū)動(dòng)問題鄭欽文在2024年巴黎奧運(yùn)會(huì)上奪冠，為祖國又添一枚金牌。她的網(wǎng)球受球拍撞擊而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。碰撞也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……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？一、驅(qū)動(dòng)問題牛頓擺大家并不陌生，它是一種桌面演示小擺件，當(dāng)然也有人做了很大的。牛頓擺是一種解壓神器。在一邊扯東一個(gè)小球靜止釋放，仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么有趣的現(xiàn)象？對(duì)面有幾個(gè)小球會(huì)被彈起呢？點(diǎn)擊視頻播放一、驅(qū)動(dòng)問題2、動(dòng)量守恒定律成立的條件是什么？1、動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容及表達(dá)式是什么？如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。動(dòng)量守恒定律成立的條件：⑴系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零；⑵系統(tǒng)受外力，但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，可以忽略不計(jì)；⑶系統(tǒng)在某一個(gè)方向上所受的合外力為零，則該方向上動(dòng)量守恒。①

P=P’

p1+p2=p1′+p2′

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′

系統(tǒng)相互作用前的總動(dòng)量等于相互作用后的總動(dòng)量②Δp=0系統(tǒng)總動(dòng)量增量為0

③Δp1=-Δp2

兩物體動(dòng)量增量大小相等、方向相反

二、彈性碰撞和非彈性碰撞ABAB碰前碰中碰后

碰撞指的是兩個(gè)物體在＿＿＿＿＿＿＿內(nèi)發(fā)生相互作用，由于相互碰撞的物體組成的系統(tǒng)，外力通常遠(yuǎn)小于內(nèi)力，可以忽略不計(jì)，系統(tǒng)在碰撞過程中＿＿＿＿＿關(guān)于碰撞前和碰撞后的含義碰撞前指的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，而不是發(fā)生碰撞前的某一時(shí)刻.碰撞后指的是

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

，

而不是發(fā)生碰撞后的某一時(shí)刻.即將發(fā)生碰撞那一時(shí)刻碰撞剛剛結(jié)束的那一時(shí)刻很短的時(shí)間動(dòng)量守恒一：碰撞二、彈性碰撞和非彈性碰撞二、實(shí)驗(yàn)：探究不同碰撞前后的物體的能量變化情況1.實(shí)驗(yàn)過程演示：二、彈性碰撞和非彈性碰撞2.數(shù)據(jù)處理（環(huán)節(jié)一：質(zhì)量不同裝有彈性碰撞架的滑塊發(fā)生碰撞后分開）質(zhì)量m（g）速度v(cm/s)次數(shù)A滑塊m1B滑塊m2A碰前v1B碰前v2A碰后v'1B碰后v'21275.5175.556.0012.867.3274.7016.589.2392.0022.7108.3二、彈性碰撞和非彈性碰撞2.數(shù)據(jù)處理（環(huán)節(jié)一：質(zhì)量不同裝有彈性碰撞架的滑塊發(fā)生碰撞后分開）總動(dòng)能次數(shù)

碰前

碰后10.0430.002+0.040=0.04220.0770.005+0.071=0.07630.1160.007+0.103=0.110實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞后，系統(tǒng)動(dòng)能不變二、彈性碰撞和非彈性碰撞2.數(shù)據(jù)處理（環(huán)節(jié)二：質(zhì)量不同且貼有膠布的滑塊發(fā)生碰撞后不分開）質(zhì)量m速度v次數(shù)A滑塊m1B滑塊m2A碰前v1B碰前v2A碰后v'1B碰后v'21270.0168.079.0045.845.8289.0054.154.13142.4087.487.4二、彈性碰撞和非彈性碰撞2.數(shù)據(jù)處理（環(huán)節(jié)二：質(zhì)量不同且貼有膠布的滑塊發(fā)生碰撞后不分開）總動(dòng)能次數(shù)

碰前

碰后10.0840.028+0.018=0.04620.1070.040+0.025=0.06530.2730.103+0.064=0.167實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碰撞后，系統(tǒng)動(dòng)能減少二、彈性碰撞和非彈性碰撞三、碰撞的分類碰撞后物體的形變完全恢復(fù)，碰撞后系統(tǒng)沒有機(jī)械能損失，碰撞過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒．1、彈性碰撞：鋼球、玻璃球碰撞時(shí)，機(jī)械能損失很小，它們的碰撞可以看作彈性碰撞。二、彈性碰撞和非彈性碰撞三、碰撞的分類2、非彈性碰撞：汽車之間、橡皮泥球之間的碰撞是非彈性碰撞碰撞后物體的形變只有部分恢復(fù)，系統(tǒng)有部分機(jī)械能損失。3、完全非彈性碰撞碰撞后兩物體一起以同一速度運(yùn)動(dòng)．碰撞后物體的形變完全不能恢復(fù)，系統(tǒng)機(jī)械能損失最大．1、時(shí)間特點(diǎn)：在碰撞過程中，相互作用時(shí)間很短(△ｔ→０)

；2、作用力特點(diǎn)：在碰撞過程中，相互作用力即內(nèi)力先急劇增大，后急劇減小，平均作用力很大；3、位移特點(diǎn)：由于碰撞是在瞬間完成的，故可以認(rèn)為碰撞前后，物體仍在原來的位置，即位移不變。并且，其他與碰撞物體相聯(lián)系，但不直接參與碰撞的物體，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仍保持不變。4、碰撞系統(tǒng)動(dòng)量的特點(diǎn)：將碰撞雙方包括在同一系統(tǒng)內(nèi),系統(tǒng)的總動(dòng)量（近似）守恒。5、能量特點(diǎn)：二、彈性碰撞和非彈性碰撞四、碰撞過程的特點(diǎn)歸納：二、彈性碰撞和非彈性碰撞五、典例探究【例1】兩個(gè)物體的質(zhì)量都是m,碰撞以前一個(gè)物體靜止,另一個(gè)以速度v向它撞去。碰撞以后兩個(gè)物體粘在一起,成為一個(gè)質(zhì)量為2m的物體，以一定的速度繼續(xù)前進(jìn)。碰撞后該系統(tǒng)的總動(dòng)能是否會(huì)有損失？v靜止mmv’2m根據(jù)動(dòng)量守恒定律：碰撞后的共同速度：碰撞前的總動(dòng)能：碰撞后的總動(dòng)能：可見，碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)能小于碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)能。三、彈性碰撞的實(shí)例分析丁俊暉在斯諾克比賽中讓白球擊中一顆紅球發(fā)生碰撞后，將紅球送入球網(wǎng)，為什么白球恰好停下來了？一、情景問題三、彈性碰撞的實(shí)例分析碰撞前碰撞后v'1m1m2v'2v1m1m2v1m1m2v'1m1m2v'22.斜碰（非對(duì)心碰撞）碰撞前后物體的運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線上,如圖所示碰撞前碰撞后1.正碰（對(duì)心碰撞）碰撞前后，物體的運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上。這種碰撞稱為正碰，也叫作對(duì)心碰撞或一維碰撞。二、正碰與斜碰三、彈性碰撞的實(shí)例分析3、動(dòng)碰靜：

物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2發(fā)生彈性碰撞，碰撞后它們的速度分別為v1’

和v2’

。請(qǐng)用m1、m2、v1表示v1’

和v2’

的公式。根據(jù)動(dòng)量守恒定律彈性碰撞機(jī)械能守恒碰撞后兩個(gè)物體的速度:三、彈性碰撞的實(shí)例分析碰撞后兩個(gè)物體的速度:（1）若m1大于m2：則兩球碰撞之后將同方向運(yùn)動(dòng)；向右運(yùn)動(dòng)；向右運(yùn)動(dòng)；若m1遠(yuǎn)大于m2，即m2可忽略：初速度；2倍初速度；三、彈性碰撞的實(shí)例分析碰撞后兩個(gè)物體的速度:（2）若m1小于m2：則兩球碰撞之后將反方向運(yùn)動(dòng)；向左運(yùn)動(dòng)；向右運(yùn)動(dòng)；若m1遠(yuǎn)小于m2，即m1可忽略：原速反彈；靜止不動(dòng)；三、彈性碰撞的實(shí)例分析（3）若m1等于m2：則兩球碰撞之后將互換速度；靜止不動(dòng)；等于小球1的初速度；碰撞后兩個(gè)物體的速度:硬幣碰撞實(shí)驗(yàn)在這里得到了解釋！三、彈性碰撞的實(shí)例分析1.系統(tǒng)動(dòng)量守恒：2.系統(tǒng)動(dòng)能不增加：內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力機(jī)械能守恒或損失或者符合實(shí)際情況3.同向運(yùn)動(dòng)相碰：且碰后至少有一個(gè)物體要反向（不能再次碰撞）v1m1m2v2四、碰撞三原則v1m1m2v21.系統(tǒng)動(dòng)量守恒原則：碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒.2.動(dòng)能不增加原則：碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)能小于或等于碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)能，即系統(tǒng)的總動(dòng)能不增加.3.物理情景可行性原則：若碰后兩物體同向運(yùn)動(dòng)，則碰撞后后面物體的速度一定小于或等于前面物體的速度（否則碰撞沒有結(jié)束，還要發(fā)生碰撞）.

A分析講解：碰撞過程動(dòng)量守恒,知:A、B、C都滿足.，知:A、B、C也都滿足.總動(dòng)能不能增加，即得:只有A正確了四、碰撞三原則五、典例分析【例3】

在氣墊導(dǎo)軌上，一個(gè)質(zhì)量為400g的滑塊以15cm/s的速度與另一個(gè)質(zhì)量為200g，速度為10cm/s并沿反方向運(yùn)動(dòng)的滑塊迎面相撞，碰撞后兩個(gè)滑塊粘在一起。

(1)求碰撞后滑塊速度的大小和方向.

(2)這次碰撞，兩滑塊共損失了多少機(jī)械能？解：(1)以400g的滑塊的初速度方向?yàn)檎较?，根?jù)動(dòng)量守恒定律(2)損失的機(jī)械能：四、碰撞三原則【例4】一

種未知粒子跟靜止的氫原子核正碰，測(cè)出碰撞后氫原子核的速度3.3×107m/s.該未知粒子跟靜止的氮原子核正碰時(shí)，測(cè)出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s.已知?dú)湓雍说馁|(zhì)量是mH，氮原子核的質(zhì)量是14mH，上述碰撞都是彈性碰撞，求未知粒子的質(zhì)量.中子的質(zhì)量與氫原子核的質(zhì)量mH有什么關(guān)系.【查德威克發(fā)現(xiàn)中子實(shí)驗(yàn)】碰后氮原子核的速度為：解：設(shè)未知粒子質(zhì)量m，速度v，它與氫和氮原子核碰撞都是彈性的，碰后氫原子核的速度為：兩式聯(lián)立，解得未知粒子的質(zhì)量為mH課堂小結(jié)彈性碰撞和非彈性碰撞4、微觀粒子的碰撞---散射1、彈性碰撞3、對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞①定義：碰撞過程中機(jī)械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。②規(guī)律：動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒③能量轉(zhuǎn)化情況：系統(tǒng)動(dòng)能沒有損失2、非彈性碰撞①定義：碰撞過程中機(jī)械能不守恒的碰撞叫做非彈性碰撞。②規(guī)律：動(dòng)量守恒，機(jī)械能減少③能量轉(zhuǎn)化情況：完全非彈性碰撞中系統(tǒng)動(dòng)能損失最大課堂反饋練習(xí)1.質(zhì)量為m速度為v的A球，跟質(zhì)量為3m的靜止B球發(fā)生正碰，碰撞可能是彈性，也可能非彈性，碰后B球的速度可能是以下值嗎？（A）0.6v(B)0.4v(C)0.2v解：B球速度的最小值發(fā)生在完全非彈性碰撞情形由動(dòng)量守恒：B球速度的最大值發(fā)生在彈性碰撞時(shí)：所以，只有0.4v是速度可能值課堂反饋練習(xí)2.2019年3月16日，世界女子冰壺錦標(biāo)賽在丹麥錫爾克堡舉行，中國隊(duì)9∶3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19kg的冰壺拋出，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后以0.4m/s的速度正碰靜止的瑞典冰壺，然后中國隊(duì)冰壺以0.1m/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。課堂反饋解析：(1)由動(dòng)量守恒定律知mv1＝mv2＋mv3，將v1＝0.4m/s，v2＝0.1m/s代入上式得：v3＝0.3m/s。(2)碰撞前的動(dòng)能E1＝mv＝0.08m，碰撞后兩冰壺的總動(dòng)能E2＝mv＋mv＝0.05m因?yàn)镋1>E2，所以兩冰壺的碰撞為非彈性碰撞。答案：(1)0.3m/s(2)非彈性碰撞課堂反饋練習(xí)3.如圖，大小相同的擺球a和b的質(zhì)量分別為m和3m，擺長相同，并排懸掛，平衡時(shí)兩球剛好接觸，現(xiàn)將擺球a向左拉開一小角度后釋放。若兩球的碰撞是彈性的，下列判斷正確的是()A．第一次碰撞后的瞬間，兩球的動(dòng)能大小相等B．第一次碰撞后的瞬間，兩球的動(dòng)量大小相等C