1.5 弹性碰撞与非弹性碰撞 (共22张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理粤教版（2019）选择性必修第一册

(共22张PPT)
第一章 动量和动量守恒定律
第5节 弹性碰撞与非弹性碰撞
了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点，加强相互作用观念；
能应用动量和能量的观点综合分析直线上的碰撞问题，培养学生的科学思维能力；
加深对动量守恒定律和机械能守恒定律的理解，能用守恒观念解决实际问题。
碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态…… 物体碰撞中动量是如何变化的？在各种碰撞中能量又是如何变化的？
物体碰撞时，通常作用时间很短，相互作用的内力很大，因此，外力往往可以忽略不计，满足动量守恒条件。下面我们从能量的角度研究碰撞前后物体动能的变化情况，进而对碰撞进行分类。
1.概念：两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生非常大的相互作用。
2.特点：
（1）作用时间极短；
（2）系统所受外力远小于内力，可认为系统的总动量守恒；
（3）可忽略物体的位移，认为物体在碰撞前后仍在同一位置；
（4）碰撞前的总动能总是大于或等于碰撞后的总动能。
01 碰撞
【观察与思考】用如图所示的实验装置做如下实验：
（1）两个相同的刚性球悬挂于同一水平面，两悬点的距离等于刚性球的直径大小，线长相等，将其中一球拉开至一定角度，松手后使之与另一球发生正碰。
（2）在两个球分别套上尼龙搭扣做的套圈，做同样的碰撞。
记下碰撞后两球达到的最大高度，并思考下列问题。
（1）在以上两种情况下，两个球碰撞前后的总机械能是否相等？可能的原因是什么？
（2）如果碰撞前后总机械能不相等，是否违反了机械能守恒定律？
（3）总结以上两种碰撞情况的区别。
【观察与思考】用如图所示的实验装置做如下实验：
（1）两个相同的刚性球悬挂于同一水平面，两悬点的距离等于刚性球的直径大小，线长相等，将其中一球拉开至一定角度，松手后使之与另一球发生正碰。
（2）在两个球分别套上尼龙搭扣做的套圈，做同样的碰撞。
结论：
在（1）情况下，两球碰撞前后的总机械能相等；
在（2）情况下，两球碰撞前后的总机械能不相等，但并不违反能量守恒定律。
3.弹性碰撞
碰撞后物体的形变完全恢复，碰撞过程中系统机械能守恒。
如果系统在碰撞前后动能不变，这类碰撞叫作弹性碰撞。
⑵特点：
⑴定义:
①动量守恒
②机械能守恒
⑶规律：
滑块碰撞后分开
弹簧使静止滑块分开
钢球、玻璃球碰撞
4.非弹性碰撞
①动量守恒：
②机械能不守恒：
实例：木制品、橡皮泥球的碰撞
⑴定义:
⑵特点：
碰撞后不能完全恢复形变，碰撞过程中系统机械能减少。
如果系统在碰撞后动能减少，这类碰撞叫作非弹性碰撞。
⑶规律：
5.完全非弹性碰撞——非弹性碰撞特例
实例：碰后粘在一起运动
②机械能不守恒
(机械能损失：⊿E损=Ek总初-Ek总末)
①动量守恒
⑴定义：
系统机械能损失最大。
碰撞后粘合在一起，以共同速度运动(或碰后具有共同的速度)。
⑵特点：
⑶规律
台球的直线碰撞可粗略认为弹性碰撞
公路上汽车的碰撞是非弹性碰撞
⑴时间特点：
⑵作用力特点：
⑶位移特点：
⑷系统动量特点：
碰撞的特点
Ek1≥Ek2
将碰撞双方包括在同一系统内,系统的总动量（近似）守恒。
可以认为碰撞前后，物体仍在原来的位置（即位移不变），其它与碰撞物体相联系，但不直接参与碰撞的物体，其运动状态仍保持不变。
在碰撞过程中，相互作用力即内力先急剧增大，后急剧减小，平均作用力很大。
在碰撞过程中，相互作用时间很短(⊿t→０) 。
⑸系统能量特点：
如图所示，质量为m2的物体B静止在光滑水平面上，物体B的左端连有轻弹簧，质量为m1的物体A以速度v1向B运动．在Ⅰ位置，物体A与物体B的轻弹簧刚好接触，弹簧开始被压缩，物体A开始减速，物体B开始加速；到Ⅱ位置，物体A，B的速度刚好相等（设为v)，弹簧被压缩到最短；到Ⅲ位置，物体A，B的速度分别为v1′和v2′ .分以下三种情况讨论全过程系统动量和能量变化情况.
02 直线上的弹性碰撞和非弹性碰撞的规律分析
（1）在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长，弹簧发生弹性形变。
【解析】
Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能全部转化为弹性势能；
在Ⅱ位置，系统动能最小而弹性势能最大；
Ⅱ→Ⅲ，系统减少的弹性势能全部转化为动能；
因此在Ⅰ、Ⅲ位置，系统动能相等.这种碰撞是弹性碰撞．
（1）在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长.
由动量守恒定律和机械能守恒定律，有
①
②
联立①②解得物体A，B的最终速度分别为
③
④
（2）在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长，弹簧发生塑性形变。
Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能部分转化为弹性势能，部分转化为内能；
在Ⅱ位置，系统动能仍和(1)相同，弹性势能仍最大，但比(1)小；
Ⅱ→Ⅲ，系统减少的弹性势能部分转化为动能，部分转化为内能；
因此全过程系统的动能有损失（部分动能转化为内能)．
这种碰撞是非弹性碰撞．
（2）在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长.
（3）在Ⅱ位置，两物体速度相等时弹簧完全失效，不再恢复。
Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能全部转化为内能；
在Ⅱ位置，系统动能仍和(1)相同，但没有弹性势能；
由于没有弹性，物体A，B不再分开，而是以速度v ′共同运动；
（3）在Ⅱ位置，弹簧弹性失效.
讨论:
⑴ m1 > m2 时，有
若 m1 >> m2，碰后有
v1′= 0， v2′= v1 即碰后速度交换。
v1′=-v1 v2′= 0
⑵ m1=m2时，有
⑶ m1 < m2时，有
v1′> 0，v2′> 0，即碰后同向。
v1′< 0， v2′>0 碰后反向。
取m1碰前速度方向为正方向。
若m1 << m2，碰后有
（1）在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长（弹性碰撞）
1.(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.若两球质量相等，碰后以某一相等速率互相分开
B.若两球质量相等，碰后以某一相等速率同向而行
C.若两球质量不等，碰后以某一相等速率互相分开
D.若两球质量不等，碰后以某一相等速率同向而行
AD
3.两球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
B
4.一轻质弹簧的两端连接两滑块A和B，已知mA＝0.99 kg，mB＝3 kg，放在光滑水平面上，开始时弹簧处于原长，现滑块A被水平飞来的质量为mC＝10 g，速度为400 m/s的子弹击中，且没有穿出，如图所示。求：
⑴子弹击中滑块A的瞬间滑块A和B的速度；
⑵以后运动过程中弹簧的最大弹性势能。
解：(1)子弹击中滑块A的过程中，子弹与滑块A组成的系统动量守恒，设共同速度vA，取子弹开始运动方向为正方向，有
滑块A在此过程中无位移，弹簧无形变，滑块B仍静止，即vB＝0。
(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统，当滑块A、B速度相等时弹簧的弹性势能最大，根据动量守恒和机械能守恒，有
mC v0＝(mA＋mC)vA，
mC v0＝(mA＋mB＋mC )v，解得
1.弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒、机械能守恒
(2) 能量转化情况：系统动能没有损失
4.直线上的弹性碰撞和非弹性碰撞的规律分析
2.非弹性碰撞：碰撞过程中机械能减小，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。
(1) 规律：动量守恒、机械能减小
(2) 能量转化情况：系统动能损失
3.完全非弹性碰撞：碰撞后两物体连在一起运动的现象。