人教版高中物理选修3-5 16.4 碰撞 课件:29张PPT

课件29张PPT。碰撞4
教学目标（一）知识与技能
1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞
2．了解微粒的散射
（二）过程与方法
通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。
（三）情感、态度与价值观
感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。★教学重点
用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题
★教学难点
对各种碰撞问题的理解．
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时 一．碰撞 碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短的时间内它们的运动状态发生了显著的变化的过程。二.“碰撞过程”的特征 1.碰撞过程中的相互作用时间特征　由于碰撞过程中相互作用的时间极短，内力远大于外力，所以发生相碰的两个物体在碰撞过程中各自的动量都要发生变化，系统的总动量守恒。相互作用时间极短 2.碰撞过程中的相互作用力特征 在相互作用的过程中，相互作用力先是急剧增大，然后再急剧减小，平均作用力很大。 3.碰撞过程中的动量特征4.碰撞过程中的位移特征 由于碰撞过程中作用时间极短，故碰撞中物体的位移可以忽略不计，即相碰的两个物体间虽有动量的转移，但并不发生位移（或相碰的两个物体的速度发生了明显的变化，但位置认为没有变化）。例1.如图所示，A、B两个木块用轻弹簧相连接，它们静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是99m和100m，一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出，则在以后的过程中弹簧弹性势能的最大值为(　　)子弹打木块A中动量守恒，mv0＝100mv1 子弹进入木块A后,A（包括子弹）和B及弹簧组成的系统动量和机械能都守恒。当AB的速度相同时弹簧的弹性是能最大。100mv1＝200mv2Ep＝100mv12 /2－200mv22 /2＝mv02/400.A例2.如图所示在质量为M的小车中挂有一单摆，摆球的质量为m0，小车和单摆以恒定的速度v沿光滑水平地面运动，与位于正对面的质量为m的静止木块发生碰撞，碰撞的时间极短，在此碰撞过程中，下列哪些情况是可能发生的(　　)
A．小车、木块、摆球的速度都发生变化，分别变为v1、v2、v3，满足(M＋m0)v＝Mv1＋mv2＋m0v3
B．摆球的速度不变，小车和木块的速度变化为v1和v2，满足Mv＝Mv1＋mv2
C．摆球的速度不变，小车和木块的速度都变为v1，满足Mv＝(M＋m)v1
D．小车和摆球的速度都变为v1，木块的速度变为v2，满足(M＋m0)v＝(M＋m0)v1＋mv2BC5.碰撞过程中的能量特征思考与讨论 不是。如两质量相等的物块一个静止，另一个以速度v去碰B，碰后站在一起。由mv=2mv'得，碰后的速度为v'=v/2碰前的动能为 E1=mv2/2碰后的动能为 E2=mv2/4碰中机械能损失?E=mv2/4 由于碰撞中要发出声音，发热，有的还发生永久性形变，因此碰撞中要有机械能损失。在碰后能完全恢复原状时，机械能的损失很小可以忽略不计，认为机械能守恒。再者，由于碰撞中不发生位移，故碰撞中重力势能不会变化，所以碰后的总动能不会大于碰前的总动能。另外碰后两物体的速度相同（粘在一起）时，机械能损失最多。即例（09全国1）质量为M的物块以速度V运动，与质量为m的静止物块发生碰撞，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比M/m可能为( )
A.2 B.3 C.4 D. 5
解得 M≤3m 故选A B碰撞时， A BV1≤V2碰撞的分类 碰撞中无机械能损失的碰撞叫弹性碰撞（1）弹性碰撞质量为m1的小球以速度v1去碰静止的质量为m2小球时 按能量损失的情况分① 若m1=m2 ，可得v1'=0 ，v2'=v1 ， 相当于 两球交换速度． ④ 若 m1 >> m2 ， 则v1'= v1，v2'=2v1 ． ② 若m1>m2 ， 则v1'>0；且v2'一定大于0
　　若m1>m1 ， 则v1'= -v1 ， v2'=0 ．小结：质量相等，交换速度；
大碰小，一起跑；小碰大，要反弹(2)非弹性碰撞：碰撞中机械能不守恒（有损失）的碰撞叫非弹性碰撞。
(3)完全非弹性碰撞:碰后粘在一起（以共同速度运动）时，机械能损失最多。这样的碰撞叫完全非弹性碰撞。
例1(2012全国理综).如图，大小相同的摆球a和b的质量分别为m和3m，摆长相同，并排悬挂，平衡时两球刚好接触，现将摆球a向左边拉开一小角度后释放，若两球的碰撞是弹性的，下列判断正确的( )
A.第一次碰撞后的瞬间，两球的速度大小相等
B.第一次碰撞后的瞬间，两球的动量大小相等
C.第一次碰撞后，两球的最大摆角不相同
D.第一次碰撞后，两球的最大摆角相同 AD例2.资料p13典例2及变式22.非对心碰撞:碰撞前后两物体的速度不在同一条直线上的碰撞叫非对心碰撞，也叫斜碰。按碰撞前后两物体的速度是否在同一直线上分1. 对心碰撞:碰撞前后两物体的速度都在同一条直线上的碰撞，叫对心碰撞，也叫正碰.对斜碰，总动量和任意方向上的动量都守恒6.碰撞前后的速度特征（物理情景问题） 在解决碰撞问题时，仅考虑碰撞的基本特点（动量、位移、能量）是不够的，还应注意碰撞中物体的速度所能发生的实际情况，即还须看物理情景是否符合实际。 如图：当A、B两物体同向运动（或B原来静止）时,A追上B后与B相碰，碰中A要对B做正功，因而碰后与碰前相比，A的速率一定减小, B的速率一定增加，且碰后B的运动方向和碰前的方向相同，而A的运动方向和碰前的方向可能相同，也可能相反，速度也可能为0(mA〉mB时一定相同）。若碰后同向运动，一定有A的速度不大于B的速度，反向运动时，A的速度可能大于B的速度，也可能小于B的速度，也可能等于B的速度。 当两物体反向运动时，碰后，碰前动量小的物体的运动方向一定与碰前的运动方向相反，且不等于0，而碰前动量大的物体碰后的运动方向可能与碰前的运动方向同向，也可能反向，也可能为0.当碰后同向时，一定有后边的物体的速度不大于前边物体的速度，且方向为碰前动量大的方向。若碰后反向，则碰前动量小的物体碰后动量大等。例1.半径相等的两个小球甲和乙，在光滑水平面上沿同一直线相向运动。若甲球的质量大于乙球的质量，碰撞前两球的动能相等，则碰撞后两球的运动状态可能是( )　
A.甲球的速度为零而乙球的速度不为零　
B.乙球的速度为零而甲球的速度不为零　
C.两球的速度均不为零　
D.两球的速度方向均与原方向相反，两球的动能仍相等AC故碰后甲的速度可能为0，也可能不为0，而乙的动量不可能为0.由 得又例2.在光滑水平面上，动能为E0、动量的大小为p0的小钢球1与静止小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1的运动方向相反。将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为E1、p1，球2的动能和动量的大小分别记为E2、p2，则必有 （ ）
　A.E1E0??? D.p2>p0
　 ABD三、散射--微观粒子的"碰撞" 散射是研究物质微观结构的重要方法.卢瑟福做α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说。例3.质量相等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，当A球追上B球发生碰撞，则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/sA碰撞的规律:总结:1. 遵循动量守恒定律:2. 能量不会增加.3. 物体位置不变.4. 碰撞只发生一次.内力远大于外力.只有弹性碰撞的动能守恒.在没有外力的情况下,不是分离就是共同运动.(碰撞过程两物体产生的位移可忽略)但速度改变.碰撞的分类动量守恒，动能没有损失动量守恒，动能有损失m1v1+m2v2=(m1+m2)v,动能损失最大例1.如图所示，质量为m的小车静止于光滑水平面上，车上有一光滑的弧形轨道，另一质量为m的小球以水平初速沿轨道的右端的切线方向进入轨道，则当小球再次从轨道的右端离开轨道后，将作（ ）
　A．向左的平抛运动； B．向右的平抛运动；
　C．自由落体运动； D．无法确定. C 带有1/4光滑圆弧轨道质量为M的滑车静止于光滑水平面上，如图示，一质量为m的小球以速度v0水平冲上滑车，当小球上行再返回并脱离滑车时，以下说法正确的是： （ ）
A.小球一定水平向左作平抛运动
B.小球可能水平向左作平抛运动
C.小球可能作自由落体运动
D.小球可能水平向右作平抛运动B C D例2、例3质量为M的小物块A静止在离地面高h的水平桌面的边缘，质量为m的小物块B沿桌面向A运动并以速度v0与之发生正碰（碰撞时间极短）。碰后A离开桌面，其落地点离出发点的水平距离为L。碰后B反向运动。求B后退的距离。已知B与桌面间的动摩擦因数为μ。重力加速度为g。解：设t为从离开桌面至落地经历的时间，VA表示刚碰后A的速度，有h=1/2 gt2 ①L=VAt ②设vB为刚碰后B的速度，由动量守恒mv0 =MVA-mvB ③设B后退的距离为x，由功能关系 μmgX=1/2 mvB2 ④由以上各式得 例4.如图所示，质量m1=0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L=15 m，现有质量m2=0.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0=2 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数 =0.5，取g=10 m/s2，求
（1）物块在车面上滑行的时间t；
（2）要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度不超过多少。
（1）设物块与小车的共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有
设物块与车面间的滑动摩擦力为F，对物块应用动量定理有 其中 解得：（2）要使物块恰好不从车厢滑出，须物块到车面右端时与小车有共同的速度v′，则
代入数据解得v′= 5m/s 故要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车的速度不能超过5m/s。