物理人教版（2019）选择性必修第一册1.5弹性碰撞和非弹性碰撞（共37张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册1.5弹性碰撞和非弹性碰撞（共37张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 25.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-09 15:15:03 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
动量守恒定律
第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞
碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。
物体碰撞中动量守恒。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？
思考：碰撞中动量为什么是守恒的？
碰撞时间短，碰撞过程中相互作用力大，内力远远大于外力。
碰撞过程中动量守恒，动能守恒吗？如何证明呢？
实验
使用天平测量出两小车的质量，并利用光电门传感器测量出两小车的碰撞前、后的速度.
两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。
寻求碰撞中的不变量
m1/kg m2/kg v/(ms-1) v'/(ms-1) 碰前质量和速度乘积 碰前质量和速度乘积
1 0.519 0.519 0.628 0.307
2 0.519 0.718 0.656 0.265
3 0.718 0.519 0.572 0.321
0.33
0.32
0.34
0.33
0.41
0.40
实验结论：
此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等， 但是质量与速度的乘积之和却基本不变。
寻求碰撞中的不变量
动能不守恒，这种情况普遍吗？
弹性碰撞和非弹性碰撞
如图滑轨上有两辆安装了弹性碰撞架的小车，它们发生碰撞后改变了运动状态。测量两辆小车的质量以及它们碰撞前后的速度，研究碰撞前后总动能的变化情况。
研究两辆小车碰撞前后总动能的变化情况
碰撞前 碰撞后
质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg
速度 V1=0.4m/s V2=-0.2m/s V1 =-0.32m/s V2 =0.28m/s
mv2 m1v12+m2v22= m1v1 2+m2v2 2=
0.011J
0.011J
通过实验可以发现，在上述实验条件下，碰撞前后总动能基本不变。
弹性碰撞和非弹性碰撞
弹性碰撞
1.弹性碰撞:
如果系统在碰撞前后动能不变，这类碰撞叫作弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是弹性形变，系统动量守恒，动能守恒。
滑块碰撞后分开
弹簧使静止滑块分开
弹性碰撞
弹性碰撞和非弹性碰撞
钢球、玻璃球碰撞时，动能损失很小，它们的碰撞可以看作弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
1.弹性碰撞:
2.非弹性碰撞:
如果系统在碰撞后动能减少，这类碰撞叫作非弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是非弹性形变，系统动量守恒，动能有损失。
橡皮泥球碰撞时，它们的碰撞是非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
如图，在光滑水平面上，两个物体的质量都是m，碰撞前一个物体静止，另一个以速度v 向它撞去。碰撞后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m 的物体，以一定速度继续前进。碰撞后该系统的总动能是否会有损失？
m
典例分析
解:根据动量守恒定律， 2mv′＝ mv，则
v′＝ v
碰撞前的总动能 E k＝mv2
碰撞后的总动能 E k ′＝ （2m）v′2＝ E k
可见，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。
m
典例分析
非弹性碰撞的特例
完全非弹性碰撞
3.完全非弹性碰撞:
碰撞后两物体合为一体或者具有共同速度，这种碰撞动能损失最大，称为完全非弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是非弹性形变，系统动量守恒，动能损失最大。
完全非弹性碰撞
弹性碰撞和非弹性碰撞
子弹射入并停留在木块中，可看作完全非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
3.完全非弹性碰撞:
种类 特点
弹性碰撞
非弹性碰撞
完全非弹性碰撞
思考：你能归纳总结碰撞的种类以及其特点吗？
动量守恒，动能守恒
动量守恒，动能有损失
动量守恒，动能损失最大
弹性碰撞和非弹性碰撞
观察视频中两球碰撞情况有何不同？
碰撞前后有的沿同一条直线运动
碰撞前后有的不沿同一条直线运动
对心碰撞
非对心碰撞
1.正碰（对心碰撞）
碰撞前后，物体的运动方向在同一直线上。
这种碰撞称为正碰，也叫作对心碰撞
或一维碰撞。
碰撞前
碰撞后
弹性碰撞的实例分析
2.斜碰（非对心碰撞）
碰撞前后物体的运动方向不在同一直线上,
如图所示
碰撞前
碰撞后
碰撞前
碰撞后
弹性碰撞的实例分析
碰前：m1速度v1，m2静止
碰后：m1速度v'1，m2速度v'2
动量守恒：
机械能守恒：
解得：
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
m1
m2
m1
m2
v1
v1'
v2'
1.若m1=m2时
2.若m1>>m2时
3.若m1<牛顿摆
保龄球击打球瓶
乒乓球撞篮球
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
大碰小，同向跑；
小碰大，要反弹；
质量等，换速度。
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
碰撞三原则
v1
m1
m2
v2
v1′
m1
m2
v2′
同向运动
相向运动
分析碰撞问题时的关键点
（1）动量守恒。
（2）系统动能不增加。
（3）碰撞前后物体运动情况符合实际。
例1：质量为M的物块以速度v运动，与质量为m的静止物块发生正碰，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比M : m不可能为（ ）
A．2 B．2.5 C．3 D．3.5
学以致用
解：假设碰后二者的动量都为 p：
① 动量守恒定律：碰撞过程中系统的总动量为2p.
② 机械能不增加：
③ 速度符合实际：
D
例2： 质量相等的 A、B两球在光滑水平桌面上沿同一直线、同一方向运动，A球的动量是 7kg·m/s，B球的动量是 5kg·m/s， A球追上 B球发生碰撞，碰撞后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/s
C. pA =2kg·m/s， pB'=14kg·m/s
D.pA =4kg·m/s，pB'=17kg·m/s
A
分析讲解：
碰撞过程动量守恒,
知:A、B、C都满足.
，知:A、B、C也都满足.
总动能不能增加，即
得:只有A正确了
现象解释--牛顿摆
1、由于弹性正碰中动量和动能都守恒，发生了速度、动能的“传递”。
2、通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。
在气垫导轨上，一个质量为400g的滑块以15cm/s的速度与另一个质量为200g，速度为10cm/s并沿反方向运动的滑块迎面相撞，碰撞后两个滑块粘在一起。
(1)求碰撞后滑块速度的大小和方向.
(2)这次碰撞，两滑块共损失了多少机械能？
练习1
解：(1)以400g的滑块的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律
(2)损失的机械能：
速度为10m/s的塑料球与静止的钢球发生正碰，钢球的质量是塑料球的4倍，碰撞是弹性的，求碰撞后两个小球的速度.
练习2
解：由于是弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒得
塑料球：
钢球：
与塑料球初速度方向相反
与塑料球初速度方向相同
有些核反应堆里要让中子与原子核正碰，以便把中子的速率降下来.为此应该选用质量较大的还是质量较小的原子核？为什么？
练习3
解：将上述碰撞视为弹性碰撞，设中子：质量m1，碰前v，方向为正,碰后速度v ；原子核：质量m2，碰前静止
中子质量一般小于原子核的质量，因此：
m2越小，v 越小，故选择质量较小的原子核来降低中子的速度。核电站常用石墨或重水作为中子减速剂。
一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是3.3×107m/s.该未知粒子跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s.已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求未知粒子的质量.中子的质量与氢原子核的质量mH有什么关系.
练习4
【查德威克发现中子实验】
碰后氮原子核的速度为：
解：设未知粒子质量m，速度v，它与氢和氮原子核碰撞都是弹性的，碰后氢原子核的速度为：
两式联立，解得未知粒子的质量为mH
质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰.碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后B球的速度可能有不同的值.请你论证：碰后B球的速度可能是以下值吗？
(1) 0.6v； (2) 0.4v；
练习5
解：若A、B弹性碰撞，根据动量守恒定律和机械能守恒定律得B获得的最大速度为:
若A、B完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律，B获得的最小速度为:
课堂小结
当堂检测
1.下列关于碰撞的理解正确的是：（ ）
A、在碰撞现象中，一般内力都远大于外力，所以可以认为碰撞时系统的动量守恒
B、如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞
C、微观粒子的相互作用由于不发生直接接触，所以不能称其为碰撞
D、微观粒子的相互作用虽然不发生直接接触，但仍称其为碰撞
AD
2.在光滑的水平面上有A、B两球，其质量分别为mA、mB，两球在t0时刻发生正碰，并且在碰撞过程中无机械能损失，两球在碰撞前后的速度—时间图象如图所示，下列关系式正确的是（ ）
A．mA>mB B．mAC．mA＝mB D．无法判断
B
拓展：画出mA＝mB ； mA>mB这两种情况下A、B的v-t图象
理解记忆
当堂检测
3.[多选]如图甲所示，在光滑水平面上的两小球发生正碰，小球的质量分别为m1和m2。图乙为它们碰撞前后的x t(位移—时间)图像。已知m1＝0.1 kg。由此可以判断 ( )
A．碰前质量为m2的小球静止，质量为m1的小球向右运动
B．碰后质量为m2的小球和质量为m1的小球都向右运动
C．m2＝0.3 kg
D．两个小球的碰撞是弹性碰撞
ACD
当堂检测
4.两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA＝1 kg，mB＝2 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s，当球A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)( )
A．vA′＝5 m/s，vB′＝2.5 m/s
B．vA′＝2 m/s，vB′＝4 m/s
C．vA′＝－4 m/s，vB′＝7 m/s
D．vA′＝7 m/s，vB′＝ 1.5 m/s
A
B
B
动量守恒 动能不增 运动合理
当堂检测
5.(多选)如图所示，质量相等的A、B两个球，原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动，A球的速度是6 m/s，B球的速度是－2 m/s，不久A、B两球发生了对心碰撞．对于该碰撞之后的A、B两球的速度可能值，某实验小组的同学们做了很多种猜测，下面的猜测结果可能实现的是( )
A．vA′＝-2 m/s，vB′＝6 m/s
B．vA′＝2 m/s，vB′＝2 m/s
C．vA′＝1 m/s，vB′＝3 m/s
D．vA′＝-3 m/s，vB′＝ 7 m/s
ABC
当堂检测
D
6.在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起.1球以速度v0向它们运动，如图所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )
当堂检测
动量守恒定律
第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞
碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。
物体碰撞中动量守恒。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？
思考：碰撞中动量为什么是守恒的？
碰撞时间短，碰撞过程中相互作用力大，内力远远大于外力。
碰撞过程中动量守恒，动能守恒吗？如何证明呢？
实验
使用天平测量出两小车的质量，并利用光电门传感器测量出两小车的碰撞前、后的速度.
两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。
寻求碰撞中的不变量
m1/kg m2/kg v/(ms-1) v'/(ms-1) 碰前质量和速度乘积 碰前质量和速度乘积
1 0.519 0.519 0.628 0.307
2 0.519 0.718 0.656 0.265
3 0.718 0.519 0.572 0.321
0.33
0.32
0.34
0.33
0.41
0.40
实验结论：
此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等， 但是质量与速度的乘积之和却基本不变。
寻求碰撞中的不变量
动能不守恒，这种情况普遍吗？
弹性碰撞和非弹性碰撞
如图滑轨上有两辆安装了弹性碰撞架的小车，它们发生碰撞后改变了运动状态。测量两辆小车的质量以及它们碰撞前后的速度，研究碰撞前后总动能的变化情况。
研究两辆小车碰撞前后总动能的变化情况
碰撞前 碰撞后
质量 m1=0.10kg m2=0.15kg m1=0.10kg m2=0.15kg
速度 V1=0.4m/s V2=-0.2m/s V1 =-0.32m/s V2 =0.28m/s
mv2 m1v12+m2v22= m1v1 2+m2v2 2=
0.011J
0.011J
通过实验可以发现，在上述实验条件下，碰撞前后总动能基本不变。
弹性碰撞和非弹性碰撞
弹性碰撞
1.弹性碰撞:
如果系统在碰撞前后动能不变，这类碰撞叫作弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是弹性形变，系统动量守恒，动能守恒。
滑块碰撞后分开
弹簧使静止滑块分开
弹性碰撞
弹性碰撞和非弹性碰撞
钢球、玻璃球碰撞时，动能损失很小，它们的碰撞可以看作弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
1.弹性碰撞:
2.非弹性碰撞:
如果系统在碰撞后动能减少，这类碰撞叫作非弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是非弹性形变，系统动量守恒，动能有损失。
橡皮泥球碰撞时，它们的碰撞是非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
如图，在光滑水平面上，两个物体的质量都是m，碰撞前一个物体静止，另一个以速度v 向它撞去。碰撞后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m 的物体，以一定速度继续前进。碰撞后该系统的总动能是否会有损失？
m
典例分析
解:根据动量守恒定律， 2mv′＝ mv，则
v′＝ v
碰撞前的总动能 E k＝mv2
碰撞后的总动能 E k ′＝ （2m）v′2＝ E k
可见，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。
m
典例分析
非弹性碰撞的特例
完全非弹性碰撞
3.完全非弹性碰撞:
碰撞后两物体合为一体或者具有共同速度，这种碰撞动能损失最大，称为完全非弹性碰撞。
特点：碰撞时物体的形变是非弹性形变，系统动量守恒，动能损失最大。
完全非弹性碰撞
弹性碰撞和非弹性碰撞
子弹射入并停留在木块中，可看作完全非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞
3.完全非弹性碰撞:
种类 特点
弹性碰撞
非弹性碰撞
完全非弹性碰撞
思考：你能归纳总结碰撞的种类以及其特点吗？
动量守恒，动能守恒
动量守恒，动能有损失
动量守恒，动能损失最大
弹性碰撞和非弹性碰撞
观察视频中两球碰撞情况有何不同？
碰撞前后有的沿同一条直线运动
碰撞前后有的不沿同一条直线运动
对心碰撞
非对心碰撞
1.正碰（对心碰撞）
碰撞前后，物体的运动方向在同一直线上。
这种碰撞称为正碰，也叫作对心碰撞
或一维碰撞。
碰撞前
碰撞后
弹性碰撞的实例分析
2.斜碰（非对心碰撞）
碰撞前后物体的运动方向不在同一直线上,
如图所示
碰撞前
碰撞后
碰撞前
碰撞后
弹性碰撞的实例分析
碰前：m1速度v1，m2静止
碰后：m1速度v'1，m2速度v'2
动量守恒：
机械能守恒：
解得：
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
m1
m2
m1
m2
v1
v1'
v2'
1.若m1=m2时
2.若m1>>m2时
3.若m1<
保龄球击打球瓶
乒乓球撞篮球
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
大碰小，同向跑；
小碰大，要反弹；
质量等，换速度。
弹性碰撞的实例分析：一动碰一静
碰撞三原则
v1
m1
m2
v2
v1′
m1
m2
v2′
同向运动
相向运动
分析碰撞问题时的关键点
（1）动量守恒。
（2）系统动能不增加。
（3）碰撞前后物体运动情况符合实际。
例1：质量为M的物块以速度v运动，与质量为m的静止物块发生正碰，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比M : m不可能为（ ）
A．2 B．2.5 C．3 D．3.5
学以致用
解：假设碰后二者的动量都为 p：
① 动量守恒定律：碰撞过程中系统的总动量为2p.
② 机械能不增加：
③ 速度符合实际：
D
例2： 质量相等的 A、B两球在光滑水平桌面上沿同一直线、同一方向运动，A球的动量是 7kg·m/s，B球的动量是 5kg·m/s， A球追上 B球发生碰撞，碰撞后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/s
C. pA =2kg·m/s， pB'=14kg·m/s
D.pA =4kg·m/s，pB'=17kg·m/s
A
分析讲解：
碰撞过程动量守恒,
知:A、B、C都满足.
，知:A、B、C也都满足.
总动能不能增加，即
得:只有A正确了
现象解释--牛顿摆
1、由于弹性正碰中动量和动能都守恒，发生了速度、动能的“传递”。
2、通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。
在气垫导轨上，一个质量为400g的滑块以15cm/s的速度与另一个质量为200g，速度为10cm/s并沿反方向运动的滑块迎面相撞，碰撞后两个滑块粘在一起。
(1)求碰撞后滑块速度的大小和方向.
(2)这次碰撞，两滑块共损失了多少机械能？
练习1
解：(1)以400g的滑块的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律
(2)损失的机械能：
速度为10m/s的塑料球与静止的钢球发生正碰，钢球的质量是塑料球的4倍，碰撞是弹性的，求碰撞后两个小球的速度.
练习2
解：由于是弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒得
塑料球：
钢球：
与塑料球初速度方向相反
与塑料球初速度方向相同
有些核反应堆里要让中子与原子核正碰，以便把中子的速率降下来.为此应该选用质量较大的还是质量较小的原子核？为什么？
练习3
解：将上述碰撞视为弹性碰撞，设中子：质量m1，碰前v，方向为正,碰后速度v ；原子核：质量m2，碰前静止
中子质量一般小于原子核的质量，因此：
m2越小，v 越小，故选择质量较小的原子核来降低中子的速度。核电站常用石墨或重水作为中子减速剂。
一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是3.3×107m/s.该未知粒子跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s.已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求未知粒子的质量.中子的质量与氢原子核的质量mH有什么关系.
练习4
【查德威克发现中子实验】
碰后氮原子核的速度为：
解：设未知粒子质量m，速度v，它与氢和氮原子核碰撞都是弹性的，碰后氢原子核的速度为：
两式联立，解得未知粒子的质量为mH
质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰.碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后B球的速度可能有不同的值.请你论证：碰后B球的速度可能是以下值吗？
(1) 0.6v； (2) 0.4v；
练习5
解：若A、B弹性碰撞，根据动量守恒定律和机械能守恒定律得B获得的最大速度为:
若A、B完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律，B获得的最小速度为:
课堂小结
当堂检测
1.下列关于碰撞的理解正确的是：（ ）
A、在碰撞现象中，一般内力都远大于外力，所以可以认为碰撞时系统的动量守恒
B、如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞
C、微观粒子的相互作用由于不发生直接接触，所以不能称其为碰撞
D、微观粒子的相互作用虽然不发生直接接触，但仍称其为碰撞
AD
2.在光滑的水平面上有A、B两球，其质量分别为mA、mB，两球在t0时刻发生正碰，并且在碰撞过程中无机械能损失，两球在碰撞前后的速度—时间图象如图所示，下列关系式正确的是（ ）
A．mA>mB B．mA
B
拓展：画出mA＝mB ； mA>mB这两种情况下A、B的v-t图象
理解记忆
当堂检测
3.[多选]如图甲所示，在光滑水平面上的两小球发生正碰，小球的质量分别为m1和m2。图乙为它们碰撞前后的x t(位移—时间)图像。已知m1＝0.1 kg。由此可以判断 ( )
A．碰前质量为m2的小球静止，质量为m1的小球向右运动
B．碰后质量为m2的小球和质量为m1的小球都向右运动
C．m2＝0.3 kg
D．两个小球的碰撞是弹性碰撞
ACD
当堂检测
4.两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA＝1 kg，mB＝2 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s，当球A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)( )
A．vA′＝5 m/s，vB′＝2.5 m/s
B．vA′＝2 m/s，vB′＝4 m/s
C．vA′＝－4 m/s，vB′＝7 m/s
D．vA′＝7 m/s，vB′＝ 1.5 m/s
A
B
B
动量守恒 动能不增 运动合理
当堂检测
5.(多选)如图所示，质量相等的A、B两个球，原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动，A球的速度是6 m/s，B球的速度是－2 m/s，不久A、B两球发生了对心碰撞．对于该碰撞之后的A、B两球的速度可能值，某实验小组的同学们做了很多种猜测，下面的猜测结果可能实现的是( )
A．vA′＝-2 m/s，vB′＝6 m/s
B．vA′＝2 m/s，vB′＝2 m/s
C．vA′＝1 m/s，vB′＝3 m/s
D．vA′＝-3 m/s，vB′＝ 7 m/s
ABC
当堂检测
D
6.在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起.1球以速度v0向它们运动，如图所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )
当堂检测