1．碰撞
[学习目标] 1.知道碰撞的特点.2.会用实验探究碰撞前后物体动能的变化．(重点)3.知道弹性碰撞和非弹性碰撞，会用能量的观点分析弹性碰撞和非弹性碰撞．(重点、难点)
一、碰撞现象
做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生相互作用，在很短的时间内，它们的运动状态会发生显著变化，这一过程叫作碰撞．
二、碰撞中动能的变化
两物体相碰，它们的运动状态将发生变化．对于不同情况下的碰撞，动能变化的情况不同．
三、碰撞的分类
按照碰撞前后两物体总动能是否变化，可将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞两类．
1．弹性碰撞
碰撞前后系统总动能不变，这种碰撞称为弹性碰撞．
2．非弹性碰撞
碰撞后的系统总动能减小了，有一部分动能转化为其他形式的能量，这种碰撞称为非弹性碰撞．
3．完全非弹性碰撞
在非弹性碰撞中，如果两物体碰后粘在一起，以相同的速度运动，这种碰撞称为完全非弹性碰撞．
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)发生碰撞的两个物体的运动方向一定都发生变化． (×)
(2)两个物体之间发生碰撞后，它们的运动方向可能相同． (√)
(3)碰撞只能是两个物体之间发生的相互作用． (×)
(4)弹性碰撞过程中，物体的总机械能守恒． (√)
(5)两辆汽车迎面相撞属于弹性碰撞． (×)
2．(多选)碰撞现象的主要特点有( )
A．物体相互作用时间短
B．物体相互作用前速度很大
C．物体相互作用后速度很大
D．物体间相互作用力远大于外力
AD [碰撞过程发生的作用时间很短，作用力很大，远大于物体受到的外力，与物体作用前后的速度大小无关，故A、D正确．]
3．(多选)下面对于碰撞的理解，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显著变化的过程
B．在碰撞现象中，一般来说物体所受的外力作用可以忽略
C．正、负离子碰撞后共同组成分子的现象属于完全非弹性碰撞
D．根据碰撞过程中动能是否守恒，碰撞可分为正碰和斜碰
ABC [碰撞的主要特点是：相互作用时间短，作用力峰值大，因而其他外力可以忽略不计，在极短时间内物体的运动状态发生明显变化，故A、B对；根据碰撞前后动能是否变化，碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞，其中动能不变的碰撞称为弹性碰撞，故C对，D错．]
对碰撞的理解
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．
【例1】 (多选)钢球A以一定的速度沿光滑水平面向静止于前面的另一相同大小的钢球B运动，下列对两球相互作用过程说法正确的是( )
A．两球相互作用的过程始终没有动能的损失
B．钢球A减速运动时，系统动能不变
C．两球速度相等的瞬间，系统动能最小
D．两球速度相等的瞬间，系统势能最大
CD [两球相互作用过程中，由于存在相互作用的弹力，两球均发生形变，有弹性势能，系统动能有损失，两球速度相等瞬间，系统动能损失最大，弹性势能最大．]
处理碰撞问题的几点提醒
(1)作用时间很短．
(2)运动状态变化显著．
(3)位移变化非常小．
1．(多选)下列关于碰撞的说法正确的是( )
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．碰撞发生后，两物体一定在同一直线运动
C．如果碰撞前后动能保持不变，这样的碰撞叫作弹性碰撞
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
AC [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，若正碰，则碰后两物体在一条直线上运动，若动能保持不变，则碰撞为弹性碰撞，若有动能损失，则为非弹性碰撞，若碰后粘在一起运动，则为完全非弹性碰撞，微观粒子的相互作用同样具有极短时间内运动状态发生显著变化的特点，所以仍然是碰撞，故选项A、C正确．]
碰撞中动能的变化
1．实验装置：气垫导轨、数字计时器(如图丙所示)．导轨上附有滑块和光电门，如图甲所示．滑块上装有挡光条和弹簧片，如图乙所示．
2．探究过程
(1)先用天平测出带弹簧片的滑块1、滑块2的质量m1、m2，然后用手推动滑块1使其获得初速度v1，与静止的滑块2发生正碰，测定碰撞前、后两滑块的速度大小，并算出两滑块碰撞前、后的动能Ek1、Ek2和E′k1、E′k2，比较Ek1＋Ek2和E′k1＋E′k2的大小．
(2)换用不带弹簧片的两滑块重复实验(1)．
(3)将滑块上的弹簧片换成橡皮泥，使有橡皮泥的两端正对，重复实验(1)．
3．实验结论
对于不同的碰撞情况，动能的变化情况不同，在第一种情况下，两滑块碰撞前、后的动能之和大致不变，在第二、三种情况下，碰后两滑块的动能之和变小了，而第三种情况动能损失的更多．
【例2】 某同学利用气垫导轨做“探究碰撞前、后物体动能变化”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．
(1)下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③接通光电计时器；
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；
⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g；
(2)数据处理与实验结论：
①实验中气垫导轨的作用是：A.____________，B．________.
②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)
③碰撞前两滑块的总动能Ek1＝________J，碰撞后两滑块的总动能Ek2＝________J，Ek1________Ek2(选填“＞”“＝”或“＜”)．
[解析] (2)①A.大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力
B．保证两个滑块的碰撞是正碰
②滑块1碰撞前的速度v1＝＝ m/s≈0.50 m/s；
滑块1碰撞后的速度v2＝＝ m/s≈0.10 m/s；
滑块2碰撞后的速度v3＝＝ m/s≈0.60 m/s；
③碰撞前的总动能Ek1＝m1v＝0.037 5 J
碰撞后的总动能Ek2＝m1v＋m2v＝0.037 5 J
所以碰撞前后总动能相等．
[答案] (2)①A.大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力．
B．保证两个滑块的碰撞是正碰．
②0.50 0.10 0.60 ③0.037 5 0.037 5 ＝
(1)利用气垫导轨探究碰撞时，一定要保证碰撞的两物体“水平”和“正碰”．
(2)只有弹性碰撞时，碰撞前、后动能之和保持不变，一般情况下的碰撞总动能要减小．
2．如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车上系有一穿过打点计时器的纸带，当甲车获得水平向右的速度时，随即启动打点计时器．甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况，如图乙所示．电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为________m/s，碰撞后两车的共同速度大小为________m/s.
[解析] 碰撞前Δx＝1.20 cm，碰撞后Δx′＝0.80 cm，T＝0.02 s，由v＝计算．
[答案] 0.60 0.40
对碰撞分类的认识和理解
弹性碰撞与非弹性碰撞的区别
弹性碰撞
非弹性碰撞
碰后形变情况
完全恢复
不能完全恢复
能量损失情况
没有能量损失，碰撞前后系统的动能相等
一部分动能转变为其他形式的能，碰撞前后系统的动能不再相等
[名师提醒] 两种碰撞的本质区别是碰撞前后系统动能是否守恒．现实生活中的碰撞，多数是非弹性碰撞．乒乓球拍击打乒乓球、网球拍击打网球、台球间的碰撞可近似看作弹性碰撞．
【例3】 如图所示，两小球在同一轨道槽内发生了碰撞，两小球都是弹性小球，则它们的碰撞属于( )
A．完全非弹性碰撞 B．弹性碰撞
C．非弹性碰撞 D．碰撞前后动能保持不变
B [两小球都是弹性小球，属于弹性碰撞，故选项B正确．]
(1)弹性碰撞是一种理想化碰撞，现实中的多数碰撞实际上都属于非弹性碰撞．
(2)当两物体碰撞后不再分开，此时系统动能损失最大，称为完全非弹性碰撞．
课 堂 小 结
知 识 网 络
1.碰撞现象的定义.
2.碰撞中动能的变化探究.
3.碰撞的分类：弹性碰撞和非弹性碰撞.
1．(多选)两个物体发生碰撞( )
A．碰撞中一定产生了内能
B．碰撞前后，组成系统的动能可能不变
C．碰撞前后，系统的总动能可能增大
D．碰撞前后，系统的总动能可能减小
BD [若两物体发生弹性碰撞，系统的总动能不变；若发生的是非弹性碰撞，系统的总动能会减小，但无论如何，总动能不会增加，所以B、D正确，A、C错误．]
2．(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的动能变化时，下列哪些因素可导致实验误差( )
A．导轨安放不水平
B．小车上挡光条倾斜
C．两小车质量不相等
D．两小车碰后连在一起
AB [导轨安放不水平，小车速度将受重力的影响，从而导致实验误差；挡光条倾斜会导致挡光条宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，使计算速度出现误差．故本题应选A、B.]
3.如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相等的物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是________(围绕速度来回答)．
[解析] 当B触及弹簧后减速，而物体A加速，当A、B两物体速度相等时，A、B间距离最小，弹簧压缩量最大，弹性势能最大．由能量守恒定律可知系统损失的动能最多．
[答案] A和B的速度相等时
课件43张PPT。第一章 碰撞与动量守恒1．碰撞相互作用 运动状态 运动状态 动能 弹性碰撞 非弹性碰撞 不变 减小了 动能 粘在一起 ×√×√×对碰撞的理解碰撞中动能的变化 对碰撞分类的认识和理解 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(一) 碰撞
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．(多选)子弹以一定的速度射穿某物块，则下列说法正确的是( )
A．此过程可能无机械能的损失
B．此过程可能有机械能的损失
C．此过程一定有机械能的损失
D．此过程为非弹性碰撞
CD [子弹射穿木块的过程需要克服摩擦力做功，一定产生内能，即系统机械能必定有损失，子弹射穿木块，射穿后的速度大于木块的运动速度，此过程为非弹性碰撞．]
2．(多选)两物体发生碰撞后分开，各自以不同速度运动，下列说法正确的是( )
A．两物体的动能可能都增大
B．两物体的动能可能都减小
C．两物体的动能可能都不变
D．可能一个物体的动能增大，一个物体的动能减小
BCD [两物体碰撞前的动能不小于碰撞后的动能，所以两物体碰后动能不可能都增大，但有可能同时减小，也可能一个增大，另一个减小，也可能都不变．]
3．在用打点计时器做“探究碰撞中动能的变化”实验时，下列哪些操作是正确的( )
A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量
B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起
C．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源
D．两辆小车的碰撞属于弹性碰撞
B [车的质量可以用天平测量，没有必要一个用钉子而另一个用橡皮泥配重．这样做的目的是为了碰撞后两车粘在一起有共同速度，选项B正确；打点计时器的使用原则是先接通电源，C项错误；两车碰后粘在一起，属于完全非弹性碰撞，D错误．]
4．一物体以某一初速度冲上静止于光滑水平面的光滑斜面，则下列说法正确的是( )
A．在冲上斜面过程，物体与斜面的动能之和恒定
B．在冲上斜面过程，物体与斜面的机械能之和恒定
C．物体返回过程，物体与斜面的机械能之和减小
D．物体返回到原出发点时，物体动能与初始时相等
B [物体冲上斜面过程，只有重力和物体与斜面间的弹力做功，物体与斜面组成系统的机械能守恒，但物体与斜面的动能减小，转化为物体的重力势能；同理，在返回过程中，系统机械能守恒，返回到原出发点时，物体与斜面系统的动能与初态时物体的动能相等，但物体的动能小于其初态时的动能．]
5．现有甲、乙两滑块，甲的质量为3m，乙的质量为m，它们以相同的速率v在光滑的水平面上相向运动，发生正碰后甲静止不动，乙以2v的速率反向运动，则甲、乙两滑块的碰撞是( )
A．弹性碰撞 B．非弹性碰撞
C．完全非弹性碰撞 D．无法判断
A [碰前两者总动能为：
Ek＝·3m·v2＋·m·v2＝2mv2
碰后总动能为：E′k＝m·(2v)2＝2mv2，
Ek＝E′k，所以为弹性碰撞．]
6．(多选)甲、乙两小球放在光滑水平面上，它们用细绳相连．开始时细绳处于松弛状态，现使两球反向运动，如图所示．当细绳拉紧时，突然绷断，这以后两球的运动情况可能是( )
A B C D
AB [细绳绷断时一定是在绳的形变量最大时，不可能是在收缩的过程中断裂的，则选项A、B正确．]
二、非选择题(14分)
7．右图为一种游戏器具——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．硕大钢球交替弹开，周而复始，情景蔚为壮观．上述现象如何解释？
[解析] 质量相等的两物体发生弹性正碰，碰后二者交换速度．
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)在利用悬绳悬挂等大小球探究碰撞中的不变量的实验中，下列说法正确的是( )
A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球，以便较准确计算小球碰前速度
C．两小球必须都是刚性球，且质量相同
D．两小球碰后可以粘在一起共同运动
ABD [两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以选项A正确；由于计算碰撞前速度时用到了mgh＝mv2－0，即初速度要求为0，选项B正确；本实验中对小球的性能无要求，选项C错误；两球正碰后，有各种运动情况，选项D正确．]
2．(多选)利用如图所示的实验装置，可探究碰撞中的不变量，由于小球的下落高度是定值，所以，小球落在地面上的水平位移就代表了平抛运动时水平初速度的大小，这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示．
为了尽量准确找到碰撞中的不变量，以下要求正确的是( )
A．入射小球的半径应该大于被碰小球的半径
B．入射小球的半径应该等于被碰小球的半径
C．入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下
D．斜槽末端必须是水平的
BCD [只有两个小球的半径相等，才能保证碰后小球做平抛运动，所以A错误，B正确；入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下，才能使得小球做平抛运动的落点在同一位置，所以C正确；斜槽末端必须水平也是保证小球碰后做平抛运动的必要条件，所以D正确．]
3．如图所示，体积相同的A、B、C、D、E、F六个球并排放置在光滑的水平面上，B、C、D、E四球质量相等，而F球质量小于B球质量．A球的质量等于F球质量，A球以速度v0向B球运动，所产生的碰撞均为弹性碰撞，则碰撞之后( )
A．五个小球静止，一个小球运动
B．四个小球静止，两个小球运动
C．三个小球静止，三个小球运动
D．六个小球都运动
C [A球与B球相碰时，由于A球的质量小于B球的质量，A球弹回，B球获得速度，与C球碰撞，由于发生的碰撞为弹性碰撞，且质量相等，B球静止，C球获得速度，同理，C球与D球的碰撞，D球与E球的碰撞都是如此，E球获得速度后与F球的碰撞过程中，由于E球的质量大于F球的质量，所以E球、F球碰后都向前运动，所以碰撞之后，A、E、F三球运动，B、C、D三球静止，选项C正确．]
4．如图所示，A、B、C三个小球的质量分别为m、m、2m，三个小球从同一高度同时出发，其中A球有水平向右的初速度v0，B、C由静止释放．三个小球在同一竖直平面内运动，小球与地面之间、小球与小球之间的碰撞均为弹性碰撞，则小球与小球之间发生碰撞的次数为( )
A．1次 B．2次
C．3次 D．4次
C [由于三个小球在竖直方向上的运动情况相同，一定可以发生碰撞，A、B第一次碰撞后水平速度互换，B、C发生第二次碰撞后，由于B的质量小于C的质量，则B反向，B、A发生第三次碰撞后，B、A水平速度互换，三球不再发生碰撞，所以能够发生3次碰撞．选项C正确．]
二、非选择题(本大题共2小题，共26分)
5．(12分)质量为5 kg的A球以3 m/s的速度与质量为10 kg静止的B球发生碰撞，碰后A球以1 m/s的速度反向弹回，B球以2 m/s的速度向前运动．试分析：
(1)碰撞过程中损失了多少动能；
(2)两球的碰撞属于何种类型的碰撞．
[解析] (1)碰撞前物体的动能
EkA＝mAv＝×5×32 J＝22.5 J
碰后物体的动能
Ek′＝EkA′＋EkB′＝mAvA′2＋mBv
＝×5×12 J＋×10×22 J＝22.5 J
故碰撞过程中无动能的损失．
(2)由于碰撞过程中无动能损失，故两球的碰撞属于弹性碰撞．
[答案] (1)0 (2)弹性碰撞
6．(14分)质量为490 g的木块静止在光滑的水平面上，一质量为10 g的子弹以500 m/s的速度沿水平方向射入木块内，子弹相对于木块静止后，子弹具有的速度大小为10 m/s.求：
(1)木块的动能增加了多少？
(2)子弹损失的动能是多少？
(3)产生的内能是多少？
[解析] (1)木块增加的动能为
ΔEk＝m2v2＝×0.49×102 J＝24.5 J.
(2)子弹损失的动能为
ΔEk′＝m1v－m1v＝×0.01×(5002－102)J＝1 249.5 J.
(3)产生的内能
Q＝ΔEk′－ΔEk＝1 249.5 J－24.5 J＝1 225 J.
[答案] (1)24.5 J (2)1 249.5 J (3)1 225 J
