【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修1：第1章第4节弹性碰撞与非弹性碰撞课件

第1章第4节弹性碰撞与非弹性碰撞基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标学习目标1.知道非弹性碰撞、完全非弹性碰撞和弹性碰撞的概念和特点。(物理观念)2.掌握弹性碰撞的规律,能根据弹性碰撞的规律解释判断有关现象,并解决有关的问题。(科学思维)3.会应用动量、能量的观点分析、解决一维碰撞问题。(科学思维)思维导图基础落实·必备知识全过关一、不同类型的碰撞1.弹性碰撞碰撞前后系统的总动能

的碰撞称为弹性碰撞。通常,分子、原子以及更小的粒子间的碰撞、生活中台球间的碰撞可视为弹性碰撞。

2.非弹性碰撞碰撞过程中机械能有

的碰撞称为非弹性碰撞。

3.完全非弹性碰撞如果碰撞后物体

,系统的动能损失

,这种碰撞称为完全非弹性碰撞。

相等损失结合在一起最大二、弹性碰撞1.实验与探究(1)质量相等的两个钢球碰撞时,碰撞后两球交换了

,可知碰撞前后两球的总动能相等。

(2)质量较大的钢球与静止的质量较小的钢球碰撞时,碰后两球运动方向

。

(3)质量较小的钢球与静止的质量较大的钢球碰撞时,碰后质量较小钢球速度方向与原来的速度方向

。

速度相同相反2.弹性碰撞的规律设质量为m1的小球以速度v1与质量为m2的静止的小球发生弹性碰撞,碰后m1、m2的速度分别为v1'和v2',碰撞过程中动量守恒和动能守恒,有m1v1=

①

=

②

以上两式联立可解得v1'=

,v2'=

,

m1v1'+m2v2'由以上两式对弹性碰撞实验研究结论的解释:(1)当m1=m2时,v1'=

,v2'=

,表示碰撞后两球交换速度。

(2)当m1>m2时,v1'

0,v2'

0,表示碰撞后两球向前运动。

若m1≫m2,则v1'=v1,v2'=

。表明m1的速度不变,m2以

的速度被撞出去。

(3)当m1<m2时,v1'

0,v2'

0,表示碰撞后质量小的球被反弹回来。

若m1≪m2,则v1'=

,v2'≈0。表明m1被反向以

弹回,而m2仍静止。0v1>>2v12v1

<>-v1原速率

易错辨析判一判1.发生碰撞的两个物体的运动方向一定都变化。(

)2.微观粒子的碰撞由于不发生直接接触,所以不满足动量守恒的条件。(

)3.在碰撞现象中,一般内力都远远大于外力,所以可以认为碰撞时系统的总动量守恒。(

)××动量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一。不仅低速、宏观物体的运动遵循这一规律,而且高速、微观物体的运动也遵循这一规律。√即学即用练一练如图所示,A、B、C、D、E、F六个小球并排放置在光滑的水平面上,B、C、D、E四个小球质量相等,而F小球质量小于B小球质量。A小球的质量等于F小球的质量,A小球以速度v0向B小球运动,所产生的碰撞均为弹性碰撞,则碰撞之后(

)A.5个小球静止,1个小球运动B.4个小球静止,2个小球运动C.3个小球静止,3个小球运动D.6个小球都运动C解析

A小球与B小球相碰时,由于A小球的质量小于B小球的质量,A小球弹回,B小球获得速度与C小球碰撞,由于发生的碰撞为弹性碰撞且质量相等,B小球静止,C小球获得速度,同理,C小球与D小球的碰撞,D小球与E小球的碰撞都是如此,E小球获得速度后与F小球的碰撞过程中,由于E小球的质量大于F小球的质量,所以E小球、F小球碰后都向前运动,所以碰撞之后,A、E、F三小球运动,B、C、D三小球静止,选项C正确。重难探究·能力素养全提升探究一对碰撞问题的认识和理解情境探究下图为一种游戏器具——超级碰撞球。多颗篮球般大小的钢球用钢缆悬挂在屋顶。拉开最右边钢球到某一高度,然后释放,碰撞后,仅最左边的球被弹起,摆至最大高度后落下来再次碰撞,致使最右边钢球又被弹起。上述现象如何解释?要点提示

质量相等的两物体发生弹性正碰,碰撞中的动量、动能都守恒,碰后二者交换速度。知识归纳1.对碰撞的广义理解物理学里所研究的碰撞,包括的范围很广,只要通过短时间作用,物体的动量发生了明显的变化,都可视为碰撞。例如:两个小球的撞击,子弹射入木块,系在绳子两端的物体将松弛的绳子突然拉直,铁锤打击钉子,列车车厢的挂接,中子轰击原子核等均可视为碰撞问题。需注意的是必须将发生碰撞的双方(如两小球、子弹和木块、铁锤和钉子、中子和原子核等)包括在同一个系统中,才能对该系统应用动量守恒定律。2.碰撞过程的五个特点(1)时间特点:在碰撞现象中,相互作用的时间很短。(2)相互作用力的特点:在相互作用过程中,相互作用力先是急剧增大,然后急剧减小,平均作用力很大。(3)动量的特点:系统的内力远远大于外力,所以系统即使所受合外力不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒。(4)位移特点:碰撞过程时间极短,在物体发生碰撞瞬间,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞前后仍在原位置。(5)能量特点:碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek'满足Ek≥Ek'。3.碰撞的规律(1)碰撞的种类及遵从的规律种类遵从的规律弹性碰撞动量守恒,机械能守恒非弹性碰撞动量守恒,机械能有损失完全非弹性碰撞动量守恒,机械能损失最大碰后速度相等(或结合在一起)(2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体

应用体验例题1

质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7kg·m/s,B球的动量是5kg·m/s,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是(

)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球碰撞遵从动量守恒,有pA+pB=pA'+pB',选项D中数据不满足该方程,因而选项D错误;A、B球碰撞遵从能量守恒,碰前的总动能应不小于碰后总动能,即

,mA=mB,选项A、B、C中数据只有A选项符合上式,选项A正确。规律方法

1.碰撞现象同时遵守的三条原则(1)动量守恒:即p1+p2=p1'+p2'。(3)碰前、碰后的速度要符合实际的运动情境:①如果碰撞前两物体同向运动,则后面物体的速度必大于前面物体的速度,否则无法实现碰撞。碰撞后,原来在前的物体的速度一定增大,且原来在前的物体速度大于或等于原来在后的物体的速度,否则碰撞没有结束。②如果碰撞前两物体是相向运动,则碰后两物体的运动方向不可能都不改变(至少有一个物体的速度方向改变),除非两物体碰撞后速度均为零。2.追碰现象合理性分析判断流程

针对训练1如图所示,两个小球A、B在光滑水平地面上相向运动,它们的质量mA=4kg、mB=2kg,速度vA=3m/s(设为正方向)、vB=-3m/s。则它们发生正碰后,速度的可能值分别为(

)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

两球相碰过程遵从动量守恒,有mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB',选项D中数据不满足该方程,选项D错误;选项B、C表明,两球碰后速度方向分别与各自碰前速度方向相同,仍处于碰撞过程,因而错误。故选A。例题2

如图所示,光滑水平直轨道上两滑块A、B用橡皮筋连接,A的质量为m。开始时橡皮筋松弛,B静止,给A向左的初速度v0。一段时间后,B与A同向运动发生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的2倍,也是碰撞前瞬间B的速度的一半。求:(1)B的质量;(2)碰撞过程中A、B系统机械能的损失。解析

(1)以初速度v0的方向为正方向,设B的质量为mB,A、B碰撞后的共同速度为v,由题意知,碰撞前瞬间A的速度为

,碰撞前瞬间B的速度为2v,由动量守恒定律得m+2mBv=(m+mB)v解得mB=。(2)从开始到碰后的全过程,由动量守恒定律得mv0=(m+mB)v设碰撞过程A、B系统机械能的损失为ΔE,则规律方法

处理碰撞问题的几个关键点(1)选取动量守恒的系统:有三个或更多个物体参与碰撞时,要合理选取所研究的系统。(2)明确碰撞的类型:弹性碰撞、完全非弹性碰撞还是其他非弹性碰撞。(3)明确碰撞过程中存在的关系:能量转化关系、几何关系、速度关系等。针对训练2(多选)在光滑水平面上,一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球发生正碰,碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,则碰后B球的速度大小可能是(

)A.0.7vB.0.6vC.0.4vD.0.2vBC探究二爆炸和碰撞问题的比较情境探究汽车在公路上行驶时,驾驶员一定要系上安全带,你知道安全带有什么用途吗?

要点提示

汽车安全带在碰撞时对驾驶员进行约束,避免碰撞时驾驶员与方向盘及仪表盘等发生二次碰撞,或避免碰撞时驾驶员冲出车外。知识归纳爆炸与碰撞的比较

比较项爆

炸碰

撞相同点过程特点都是物体间的相互作用突然发生,相互作用的力为变力,作用时间很短,平均作用力很大,且远大于系统所受的外力,所以可以认为碰撞、爆炸过程中系统的总动量守恒过程模型由于碰撞、爆炸过程相互作用的时间很短,作用过程中物体的位移很小,一般可忽略不计,因此可以把作用过程看作一个理想化过程来处理,即作用后物体仍从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动能量情况都满足能量守恒,总能量保持不变比较项爆

炸碰

撞不同点动能情况有其他形式的能转化为动能,动能会增加弹性碰撞时动能不变,非弹性碰撞时动能有损失,动能转化为内能闪光语录

(1)在碰撞过程中,系统的动量守恒,但机械能不一定守恒。(2)在爆炸过程中,系统的动量守恒,机械能一定不守恒。(3)宏观物体碰撞时一般相互接触,微观粒子的碰撞不一定接触,但只要符合碰撞的特点,就可认为是发生了碰撞。应用体验例题3

一辆质量m1=3.0×103kg的小货车因故障停在车道上,后面一辆质量m2=1.5×103kg的轿车来不及刹车,直接撞入货车尾部失去动力。相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了x=6.75m停下。已知车轮与路面的动摩擦因数μ=0.6,求碰撞前轿车的速度大小。(重力加速度g取10m/s2)答案

27m/s针对训练3(2023湖南常德高二模拟)地空导弹又称防空导弹,是指从地面发射攻击空中目标的导弹。如图所示,某次导弹试射中,质量为M的地空导弹斜射向天空,运动到空中最高点时速度为v0,突然炸成两块,质量为m的弹头以速度v沿v0的方向飞去,爆炸过程时间极短,为Δt。整个过程忽略空气阻力,则下列说法正确的是(

)A.爆炸后的一瞬间,另一块以

的速度一定沿着与v0相反的方向飞去B.爆炸过程中另一块对弹头的平均作用力大小为C.爆炸过程释放的化学能为D.爆炸后到落地前,对弹头和另一块构成的系统,水平方向动量守恒D学以致用·随堂检测全达标12341.(多选)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,下列现象可能的是(

)A.若两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开B.若两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.若两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开D.若两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行AD解析

碰撞前、后两小球组成的系统总动量守恒。碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,所以选项A是可能的;若碰撞后两球以某一相等速率同向而行,则两球的总动量不为零,所以选项B不可能;碰撞前、后系统的总动量的方向不同,所以动量不守恒,选项C不可能;碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,选项D是可能的。123412342.如图所示,在光滑水平面上,用等大反向的两个力F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA<mB,经过相同的时间后同时撤去两力,以后两物体相碰并黏合为一体,则黏合体最终将(

)A.静止

B.向右运动C.向左运动

D.无法确定A解析

选取A、B两个物体组成的系统为研究对象,整个运动过程中,系统所受的合外