教科版高中物理选择性必修第一册第一章动量与动量守恒定律第5节碰撞课件（48页PPT）
文档属性
| 名称 | 教科版高中物理选择性必修第一册第一章动量与动量守恒定律第5节碰撞课件（48页PPT） |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 4.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 教科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共48张PPT)
[学习目标]
1.知道什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，了解正碰和斜碰。
2.会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。
3.知道散射和中子的发现过程，体会理论对实践的指导作用，进一步了解动量守恒定律的普适性。
1.碰撞的分类
(1)从碰撞前后能量变化角度分类：可分为________、__________和______________。
(2)从碰撞前后运动方向角度分类
正碰(对心碰撞) 斜碰(非对心碰撞)
如果碰撞之前球的速度方向与_______的连线在同一条直线上，碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着__________的方向而运动 如果碰撞之前球的运动速度方向与______的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度方向都会_____原来两球心的连线而运动
弹性碰撞
非弹性碰撞
完全非弹性碰撞
两球心
这条直线
两球心
偏离
2.碰撞的特点
(1)时间特点：碰撞现象中，相互作用的时间极短，相对物体运动的全过程可忽略不计。
(2)相互作用力特点：在碰撞过程中，系统的内力远大于外力。
(3)位移特点：在碰撞过程中，由于在极短的时间内物体的速度发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置。
[易错辨析]
(1)发生碰撞的两个物体，动量是守恒的。( )
(2)碰撞后，两个物体粘在一起，动量一定不守恒，机械能损失最大。( )
(3)两物体发生碰撞的过程中，两物体组成的系统机械能可能增加。( )
(4)与静止的小球发生弹性碰撞时，入射小球碰后的速度不可能大于其入射速度。( )
√
×
×
√
[例1] (2022·北京卷)质量为m1和m2的两个物体在光滑水平面上正碰，其位置坐标x随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.碰撞前m2的速率大于m1的速率
B.碰撞后m2的速率大于m1的速率
C.碰撞后m2的动量大于m1的动量
D.碰撞后m2的动能小于m1的动能
C
1.弹性碰撞：系统总机械能_________的碰撞。
保持不变
3.中子的发现
(1)1932年，英国物理学家__________发现了中子。
(2)中子质量的计算
设中性粒子的质量为m，碰前速率为v，碰后速率为v′，氢核的质量为mH，碰前速率为零，碰后速率为vH，碰撞前后的动量和动能都守恒，则
查德威克
[思考探究]
五个完全相同的金属球沿直线排列并彼此邻接，把最左端的小球拉高释放，撞击后发现最右端的小球摆高，而其余四球不动，你知道这是为什么吗？
提示 由于小球发生了弹性碰撞，碰撞中的动量和动能都守恒，发生了速度、动能的“传递”。
[例2] 速度为10 m/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，求碰撞后两球的速度。
答案 见解析
[总结提升]
若题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子(原子等微观粒子)碰撞，则这些碰撞属于弹性碰撞。
减少
粘在一起
[思考探究]
在光滑水平面上发生正碰的两个小球，所组成的系统机械能一定守恒吗？
提示 不一定。若碰后两球粘在一起，机械能损失最大。
[例4] (2023·天津卷)已知A、B两物体mA＝2 kg，mB＝1 kg，A物体从h＝1.2 m处自由下落，且同时B物体从地面竖直上抛，经过t＝0.2 s相遇碰撞后，两物体立刻粘在一起运动，已知重力加速度g取10 m/s2，求：
(1)碰撞时离地高度x；
(2)碰后速度v；
(3)碰撞损失的机械能ΔE。
答案 (1)1 m (2)0 (3)12 J
1.(碰撞类型的判断)现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞。已知碰撞后，甲滑块静止不动，那么这次碰撞是( )
A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞
C.完全非弹性碰撞 D.条件不足，无法确定
A
2.(弹性碰撞)(多选)(2024·广西卷)如图，在光滑平台上有两个相同的弹性小球M和N。M水平向右运动，速度大小为v。M与静置于平台边缘的N发生正碰，碰撞过程中总机械能守恒。若不计空气阻力，则碰撞后，N在( )
A.竖直墙面上的垂直投影的运动是匀速运动
B.竖直墙面上的垂直投影的运动是匀加速运动
C.水平地面上的垂直投影的运动速度大小等于v
D.水平地面上的垂直投影的运动速度大小大于v
BC
解析 由于两小球碰撞过程中机械能守恒，可知两小球碰撞过程是弹性碰撞，由于两小球质量相等，故碰撞后两小球交换速度，即vM＝0，vN＝v，碰后小球N做平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，即水平地面上的垂直投影的运动速度大小等于v；在竖直方向上做自由落体运动，即竖直地面上的垂直投影的运动是匀加速运动，故B、C正确。
3.(完全非弹性碰撞)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？
答案 见解析
4.(非弹性碰撞)冰球运动员甲的质量为80.0 kg，当他以5.0 m/s的速度向前运动时，与另一质量为100 kg、速度为3.0 m/s迎面而来的运动员乙相撞。碰后甲恰好静止，假设碰撞时间极短，求：
(1)碰后乙的速度的大小；
(2)碰撞中总机械能的损失。
答案 (1)1.0 m/s (2)1 400 J
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[基础巩固练]
1.下列关于碰撞的理解正确的是( )
A.碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程
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.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能守恒
D.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
解析 碰撞是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象，碰撞时在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化，故A正确；如果碰撞中机械能守恒，就叫做弹性碰撞，故B错误；碰撞一般内力远大于外力，但碰撞如果是非弹性碰撞，则存在动能损失，故C错误；微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强大内力作用的特点，所以仍然是碰撞，故D错误。
A
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2.如图所示，A、B、C、D、E五个相同小球，分别以五种不同的速度自左向右运动，且速度值A大于B，B大于C，C大于D，D大于E。如果这五个相同小球之间发生碰撞时，碰后发生碰撞的两球速度交换。请问：该系统发生碰撞的次数为( )
A.5次 B.8次
C.10次 D.12次
解析 根据碰撞的规律可知，最终小球从左至右的速度应为vE、vD、vC、vB、vA，结合数学方法可知，系统碰撞的次数为4次＋3次＋2次＋1次＝10次，故C正确。
C
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3.甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为( )
A.3 J B.4 J
C.5 J D.6 J
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4.(多选)两个小球A、B在光滑的水平地面上相向运动，已知它们的质量分别是mA＝
4 kg，mB＝2 kg，A的速度vA＝3 m/s(设为正)，B的速度vB＝－3 m/s，则它们发生正碰后，其速度可能分别为( )
A.均为＋1 m/s B.＋4 m/s和－5 m/s C.＋2 m/s和－1 m/s D.－1 m/s和＋5 m/s
AD
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5.如图所示，光滑水平桌面上一只质量为5.0 kg的保龄球，撞上一只原来静止，质量为1.5 kg的球瓶。此后球瓶以3.0 m/s的速度向前飞出，而保龄球以2.0 m/s的速度继续向前运动，求：
(1)碰撞前保龄球的速度大小；
(2)通过计算判断该碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
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答案 (1)2.9 m/s (2)非弹性碰撞
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[能力提升练]
7.(2022·湖南卷)1932年，查德威克用未知射线轰击氢核，发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图所示，中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核，碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰，不考虑相对论效应，下列说法正确的是( )
A.碰撞后氮核的动量比氢核的小
B.碰撞后氮核的动能比氢核的小
C.v2大于v1
D.v2大于v0
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[拓展培优练]
10.(2024·安徽卷)如图所示，一实验小车静止在光滑水平面上，其上表面有粗糙水平轨道与光滑四分之一圆弧轨道。圆弧轨道与水平轨道相切于圆弧轨道最低点，一物块静止于小车最左端，一小球用不可伸长的轻质细线悬挂于O点正下方，并
轻靠在物块左侧。现将细线拉直到水平位置时，静止释放小球，小球运动到最低点时与物块发生弹性碰撞。碰撞后，物块沿着小车上的轨道运动，已知细线长L＝1.25 m，小球质量m＝0.20 kg，物块、小车质量均为M＝0.30 kg，小车上的水平轨道长s＝1.0 m，圆弧轨道半径R＝0.15 m，小球、物块均可视为质点，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。
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(1)求小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小；
(2)求小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小；
(3)为使物块能进入圆弧轨道，且在上升阶段不脱离小车，求物块与水平轨道间的动摩擦因数μ的取值范围。
答案 (1)6 N (2)4 m/s (3)0.25≤μ＜0.4
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[学习目标]
1.知道什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，了解正碰和斜碰。
2.会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。
3.知道散射和中子的发现过程，体会理论对实践的指导作用，进一步了解动量守恒定律的普适性。
1.碰撞的分类
(1)从碰撞前后能量变化角度分类：可分为________、__________和______________。
(2)从碰撞前后运动方向角度分类
正碰(对心碰撞) 斜碰(非对心碰撞)
如果碰撞之前球的速度方向与_______的连线在同一条直线上，碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着__________的方向而运动 如果碰撞之前球的运动速度方向与______的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度方向都会_____原来两球心的连线而运动
弹性碰撞
非弹性碰撞
完全非弹性碰撞
两球心
这条直线
两球心
偏离
2.碰撞的特点
(1)时间特点：碰撞现象中，相互作用的时间极短，相对物体运动的全过程可忽略不计。
(2)相互作用力特点：在碰撞过程中，系统的内力远大于外力。
(3)位移特点：在碰撞过程中，由于在极短的时间内物体的速度发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置。
[易错辨析]
(1)发生碰撞的两个物体，动量是守恒的。( )
(2)碰撞后，两个物体粘在一起，动量一定不守恒，机械能损失最大。( )
(3)两物体发生碰撞的过程中，两物体组成的系统机械能可能增加。( )
(4)与静止的小球发生弹性碰撞时，入射小球碰后的速度不可能大于其入射速度。( )
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[例1] (2022·北京卷)质量为m1和m2的两个物体在光滑水平面上正碰，其位置坐标x随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.碰撞前m2的速率大于m1的速率
B.碰撞后m2的速率大于m1的速率
C.碰撞后m2的动量大于m1的动量
D.碰撞后m2的动能小于m1的动能
C
1.弹性碰撞：系统总机械能_________的碰撞。
保持不变
3.中子的发现
(1)1932年，英国物理学家__________发现了中子。
(2)中子质量的计算
设中性粒子的质量为m，碰前速率为v，碰后速率为v′，氢核的质量为mH，碰前速率为零，碰后速率为vH，碰撞前后的动量和动能都守恒，则
查德威克
[思考探究]
五个完全相同的金属球沿直线排列并彼此邻接，把最左端的小球拉高释放，撞击后发现最右端的小球摆高，而其余四球不动，你知道这是为什么吗？
提示 由于小球发生了弹性碰撞，碰撞中的动量和动能都守恒，发生了速度、动能的“传递”。
[例2] 速度为10 m/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，求碰撞后两球的速度。
答案 见解析
[总结提升]
若题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子(原子等微观粒子)碰撞，则这些碰撞属于弹性碰撞。
减少
粘在一起
[思考探究]
在光滑水平面上发生正碰的两个小球，所组成的系统机械能一定守恒吗？
提示 不一定。若碰后两球粘在一起，机械能损失最大。
[例4] (2023·天津卷)已知A、B两物体mA＝2 kg，mB＝1 kg，A物体从h＝1.2 m处自由下落，且同时B物体从地面竖直上抛，经过t＝0.2 s相遇碰撞后，两物体立刻粘在一起运动，已知重力加速度g取10 m/s2，求：
(1)碰撞时离地高度x；
(2)碰后速度v；
(3)碰撞损失的机械能ΔE。
答案 (1)1 m (2)0 (3)12 J
1.(碰撞类型的判断)现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞。已知碰撞后，甲滑块静止不动，那么这次碰撞是( )
A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞
C.完全非弹性碰撞 D.条件不足，无法确定
A
2.(弹性碰撞)(多选)(2024·广西卷)如图，在光滑平台上有两个相同的弹性小球M和N。M水平向右运动，速度大小为v。M与静置于平台边缘的N发生正碰，碰撞过程中总机械能守恒。若不计空气阻力，则碰撞后，N在( )
A.竖直墙面上的垂直投影的运动是匀速运动
B.竖直墙面上的垂直投影的运动是匀加速运动
C.水平地面上的垂直投影的运动速度大小等于v
D.水平地面上的垂直投影的运动速度大小大于v
BC
解析 由于两小球碰撞过程中机械能守恒，可知两小球碰撞过程是弹性碰撞，由于两小球质量相等，故碰撞后两小球交换速度，即vM＝0，vN＝v，碰后小球N做平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，即水平地面上的垂直投影的运动速度大小等于v；在竖直方向上做自由落体运动，即竖直地面上的垂直投影的运动是匀加速运动，故B、C正确。
3.(完全非弹性碰撞)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？
答案 见解析
4.(非弹性碰撞)冰球运动员甲的质量为80.0 kg，当他以5.0 m/s的速度向前运动时，与另一质量为100 kg、速度为3.0 m/s迎面而来的运动员乙相撞。碰后甲恰好静止，假设碰撞时间极短，求：
(1)碰后乙的速度的大小；
(2)碰撞中总机械能的损失。
答案 (1)1.0 m/s (2)1 400 J
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[基础巩固练]
1.下列关于碰撞的理解正确的是( )
A.碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程
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.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能守恒
D.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
解析 碰撞是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象，碰撞时在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化，故A正确；如果碰撞中机械能守恒，就叫做弹性碰撞，故B错误；碰撞一般内力远大于外力，但碰撞如果是非弹性碰撞，则存在动能损失，故C错误；微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强大内力作用的特点，所以仍然是碰撞，故D错误。
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2.如图所示，A、B、C、D、E五个相同小球，分别以五种不同的速度自左向右运动，且速度值A大于B，B大于C，C大于D，D大于E。如果这五个相同小球之间发生碰撞时，碰后发生碰撞的两球速度交换。请问：该系统发生碰撞的次数为( )
A.5次 B.8次
C.10次 D.12次
解析 根据碰撞的规律可知，最终小球从左至右的速度应为vE、vD、vC、vB、vA，结合数学方法可知，系统碰撞的次数为4次＋3次＋2次＋1次＝10次，故C正确。
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3.甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为( )
A.3 J B.4 J
C.5 J D.6 J
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4.(多选)两个小球A、B在光滑的水平地面上相向运动，已知它们的质量分别是mA＝
4 kg，mB＝2 kg，A的速度vA＝3 m/s(设为正)，B的速度vB＝－3 m/s，则它们发生正碰后，其速度可能分别为( )
A.均为＋1 m/s B.＋4 m/s和－5 m/s C.＋2 m/s和－1 m/s D.－1 m/s和＋5 m/s
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5.如图所示，光滑水平桌面上一只质量为5.0 kg的保龄球，撞上一只原来静止，质量为1.5 kg的球瓶。此后球瓶以3.0 m/s的速度向前飞出，而保龄球以2.0 m/s的速度继续向前运动，求：
(1)碰撞前保龄球的速度大小；
(2)通过计算判断该碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
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[能力提升练]
7.(2022·湖南卷)1932年，查德威克用未知射线轰击氢核，发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子(即中子)组成。如图所示，中子以速度v0分别碰撞静止的氢核和氮核，碰撞后氢核和氮核的速度分别为v1和v2。设碰撞为弹性正碰，不考虑相对论效应，下列说法正确的是( )
A.碰撞后氮核的动量比氢核的小
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[拓展培优练]
10.(2024·安徽卷)如图所示，一实验小车静止在光滑水平面上，其上表面有粗糙水平轨道与光滑四分之一圆弧轨道。圆弧轨道与水平轨道相切于圆弧轨道最低点，一物块静止于小车最左端，一小球用不可伸长的轻质细线悬挂于O点正下方，并
轻靠在物块左侧。现将细线拉直到水平位置时，静止释放小球，小球运动到最低点时与物块发生弹性碰撞。碰撞后，物块沿着小车上的轨道运动，已知细线长L＝1.25 m，小球质量m＝0.20 kg，物块、小车质量均为M＝0.30 kg，小车上的水平轨道长s＝1.0 m，圆弧轨道半径R＝0.15 m，小球、物块均可视为质点，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。
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(1)求小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小；
(2)求小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小；
(3)为使物块能进入圆弧轨道，且在上升阶段不脱离小车，求物块与水平轨道间的动摩擦因数μ的取值范围。
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