高中物理人教版选修3-5 16.4 碰撞导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 16.4 碰撞导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 17:23:46 | ||
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文档简介
碰撞
课程目标引航
1．了解弹性碰撞、非弹性碰撞、对心碰撞和非对心碰撞，知道碰撞现象的特点。
2．会应用动量、能量观点分析、解决一条直线上的碰撞问题。
3．了解粒子的散射现象，进一步了解动量守恒定律的普适性。
情景思考导入
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：由于碰撞过程中没有动量、动能的损失，发生了速度、动能的转移。
基础知识梳理
1．弹性碰撞和非弹性碰撞
类型 非弹性碰撞 弹性碰撞
规律 动量 守恒 ____
机械能 ______ 守恒
实例 子弹击穿木块 钢球、分子间的碰撞
说明 完全非弹性碰撞机械能损失最多
2.弹性碰撞实例分析
实例：A球碰撞原来静止的B球。
规律 动量 mAv0＝mAvA＋mBvB
动能 mAv＝mAv＋mBv
碰后A、B球速度 A球 vA＝v0
B球 vB＝v0
讨论 mA＝mB vA＝____，vB＝____，两球碰后交换了____
mA＞mB vA≥0，vB≥0，vA、vB与v0____ 若mA?mB时，vA__v0，vB＝2v0
mA＜mB vA＜0，vB＞0，碰后A球被弹回来 若mA?mB时，vA＝____，vB＝0
3.对心碰撞和非对心碰撞
(1)对心碰撞：一个运动的球与一个静止的球碰撞，碰撞之前球的________与两球心的连线在__________上，碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰，也叫________。
(2)非对心碰撞：一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果碰撞之前球的________与两球心的连线____同一条____上，碰撞之后两球的____都会____原来____________。这种碰撞称为非对心碰撞。
4．散射
(1)微观粒子相互接近时并不发生________，因此，微观粒子的碰撞又叫做散射。
(2)由于粒子与物质微粒发生____碰撞的概率很小，所以，多数粒子在碰撞后飞向四面八方。
答案：1．守恒 不守恒
2．0 v0 速度 同向 ＝ －v0
3．(1)运动速度 同一条直线 对心碰撞 (2)运动速度 不在 直线 速度 偏离 两球心的连线
4．(1)直接接触 (2)对心
重点难点突破
1．碰撞的特点和规律
(1)发生碰撞的物体间一般作用力很大，作用时间很短，物体在作用时间内位移可忽略。
(2)即使碰撞过程中系统所受合外力不等于0，由于内力远大于外力，作用时间又很短，所以可认为系统的动量是守恒的。
(3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能，则系统碰后的机械能不可能大于碰前系统的机械能。
(4)弹性碰撞，碰撞过程中无动能损失；非弹性碰撞，碰撞过程中有动能损失；完全非弹性碰撞，碰撞过程中动能损失最大。
2．判定一个碰撞过程是否存在的依据
(1)碰撞过程中系统的动量是守恒的。
(2)碰撞后系统的总动能小于或等于碰撞前系统的总动能。
(3)碰撞后的速度关系和位置关系要符合实际情况。
①如碰前同向运动，则v后＞v前，碰后原来在前的物体速度增大，且v前′≥v后′。
②两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
3．爆炸与碰撞的共同点与不同点
(1)爆炸与碰撞的共同点：物理过程剧烈，系统内物体的相互作用的内力很大。过程持续时间极短，可认为系统满足动量守恒。
(2)爆炸与碰撞的不同点：爆炸由其他形式的能转化为动能，所以动能增加，但两种情况都满足能量守恒，总能量保持不变。而碰撞时通常要损失部分动能转化为内能，动能减少。
随堂练习巩固
1．相向运动的A、B两辆小车相撞后，一同沿A车原来的方向前进，这是由于( )。
A．A车的质量一定大于B车的质量 B．A车的速度一定大于B车的速度
C．A车的动量一定大于B车的动量 D．A车的动能一定大于B车的动能
2．A、B两球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A追上B并发生碰撞后，A、B两球速度的可能值是( )。
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
3．质量为m1的物块以速度v运动，与质量为m2的静止物块发生正碰，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比可能为( )。
A．2 B．3 C．4 D．5
4．甲、乙两个溜冰者质量分别为48 kg和50 kg，甲手里拿着质量为2 kg的球，两人均以2 m/s的速率在光滑的冰面上沿同一直线相向滑行，甲将球传给乙，乙再将球传给甲，这样抛接几次后，球又回到甲的手里，乙的速度为零，则甲的速度的大小为( )。
A．0 B．2 m/s C．4 m/s D．无法确定
5．如图所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量均为m＝1 kg的相同小球A、B、C，现让A球以v0＝2 m/s的速度向着B球运动，A、B两球碰撞后连接在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，C球的最终速度vC＝1 m/s。求：
(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度为多大？
(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？
答案：1．C 总动量与A车的动量方向相同，因此有A车动量大于B车的动量。
2．B 虽然题中四个选项均满足动量守恒定律，但A、D两项中，碰后A球的速度vA′大于B球的速度vB′，必然要发生第二次碰撞，不符合实际，即A、D项均错误；C项中，两球碰后的总动能为Ek后＝mAvA′2＋mBvB′2＝57 J，大于碰前的总动能Ek前＝22 J，违背了能量守恒，所以C项错误；而B项既符合实际情况，也不违背能量守恒，所以B项正确。
3．AB 设碰撞后两者的动量都为p，则总动量为2p，根据动量守恒和能量守恒得：p2＝2mEk，以及能量的关系得≥＋，≤3，所以A、B正确。
4．A 甲、乙、球三者整个过程中动量守恒，有(m甲＋m球)v1－m乙v2＝(m甲＋m球)v′，代入数据后得v′＝0，选项A正确。
5．解析：(1)A、B两球碰撞满足动量守恒：mv0＝2mv1，得两球跟C球碰撞前的速度v1＝1 m/s。
(2)A、B两球与C碰撞满足动量守恒：2mv1＝mvC＋2mv2，解得：v2＝0.5 m/s
则两次碰撞损失的动能为ΔEk＝，解得ΔEk＝1.25 J。
答案：(1)1 m/s (2)1.25 J
课程目标引航
1．了解弹性碰撞、非弹性碰撞、对心碰撞和非对心碰撞，知道碰撞现象的特点。
2．会应用动量、能量观点分析、解决一条直线上的碰撞问题。
3．了解粒子的散射现象，进一步了解动量守恒定律的普适性。
情景思考导入
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：由于碰撞过程中没有动量、动能的损失，发生了速度、动能的转移。
基础知识梳理
1．弹性碰撞和非弹性碰撞
类型 非弹性碰撞 弹性碰撞
规律 动量 守恒 ____
机械能 ______ 守恒
实例 子弹击穿木块 钢球、分子间的碰撞
说明 完全非弹性碰撞机械能损失最多
2.弹性碰撞实例分析
实例：A球碰撞原来静止的B球。
规律 动量 mAv0＝mAvA＋mBvB
动能 mAv＝mAv＋mBv
碰后A、B球速度 A球 vA＝v0
B球 vB＝v0
讨论 mA＝mB vA＝____，vB＝____，两球碰后交换了____
mA＞mB vA≥0，vB≥0，vA、vB与v0____ 若mA?mB时，vA__v0，vB＝2v0
mA＜mB vA＜0，vB＞0，碰后A球被弹回来 若mA?mB时，vA＝____，vB＝0
3.对心碰撞和非对心碰撞
(1)对心碰撞：一个运动的球与一个静止的球碰撞，碰撞之前球的________与两球心的连线在__________上，碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰，也叫________。
(2)非对心碰撞：一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果碰撞之前球的________与两球心的连线____同一条____上，碰撞之后两球的____都会____原来____________。这种碰撞称为非对心碰撞。
4．散射
(1)微观粒子相互接近时并不发生________，因此，微观粒子的碰撞又叫做散射。
(2)由于粒子与物质微粒发生____碰撞的概率很小，所以，多数粒子在碰撞后飞向四面八方。
答案：1．守恒 不守恒
2．0 v0 速度 同向 ＝ －v0
3．(1)运动速度 同一条直线 对心碰撞 (2)运动速度 不在 直线 速度 偏离 两球心的连线
4．(1)直接接触 (2)对心
重点难点突破
1．碰撞的特点和规律
(1)发生碰撞的物体间一般作用力很大，作用时间很短，物体在作用时间内位移可忽略。
(2)即使碰撞过程中系统所受合外力不等于0，由于内力远大于外力，作用时间又很短，所以可认为系统的动量是守恒的。
(3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能，则系统碰后的机械能不可能大于碰前系统的机械能。
(4)弹性碰撞，碰撞过程中无动能损失；非弹性碰撞，碰撞过程中有动能损失；完全非弹性碰撞，碰撞过程中动能损失最大。
2．判定一个碰撞过程是否存在的依据
(1)碰撞过程中系统的动量是守恒的。
(2)碰撞后系统的总动能小于或等于碰撞前系统的总动能。
(3)碰撞后的速度关系和位置关系要符合实际情况。
①如碰前同向运动，则v后＞v前，碰后原来在前的物体速度增大，且v前′≥v后′。
②两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
3．爆炸与碰撞的共同点与不同点
(1)爆炸与碰撞的共同点：物理过程剧烈，系统内物体的相互作用的内力很大。过程持续时间极短，可认为系统满足动量守恒。
(2)爆炸与碰撞的不同点：爆炸由其他形式的能转化为动能，所以动能增加，但两种情况都满足能量守恒，总能量保持不变。而碰撞时通常要损失部分动能转化为内能，动能减少。
随堂练习巩固
1．相向运动的A、B两辆小车相撞后，一同沿A车原来的方向前进，这是由于( )。
A．A车的质量一定大于B车的质量 B．A车的速度一定大于B车的速度
C．A车的动量一定大于B车的动量 D．A车的动能一定大于B车的动能
2．A、B两球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A追上B并发生碰撞后，A、B两球速度的可能值是( )。
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
3．质量为m1的物块以速度v运动，与质量为m2的静止物块发生正碰，碰撞后两者的动量正好相等，两者质量之比可能为( )。
A．2 B．3 C．4 D．5
4．甲、乙两个溜冰者质量分别为48 kg和50 kg，甲手里拿着质量为2 kg的球，两人均以2 m/s的速率在光滑的冰面上沿同一直线相向滑行，甲将球传给乙，乙再将球传给甲，这样抛接几次后，球又回到甲的手里，乙的速度为零，则甲的速度的大小为( )。
A．0 B．2 m/s C．4 m/s D．无法确定
5．如图所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量均为m＝1 kg的相同小球A、B、C，现让A球以v0＝2 m/s的速度向着B球运动，A、B两球碰撞后连接在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，C球的最终速度vC＝1 m/s。求：
(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度为多大？
(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？
答案：1．C 总动量与A车的动量方向相同，因此有A车动量大于B车的动量。
2．B 虽然题中四个选项均满足动量守恒定律，但A、D两项中，碰后A球的速度vA′大于B球的速度vB′，必然要发生第二次碰撞，不符合实际，即A、D项均错误；C项中，两球碰后的总动能为Ek后＝mAvA′2＋mBvB′2＝57 J，大于碰前的总动能Ek前＝22 J，违背了能量守恒，所以C项错误；而B项既符合实际情况，也不违背能量守恒，所以B项正确。
3．AB 设碰撞后两者的动量都为p，则总动量为2p，根据动量守恒和能量守恒得：p2＝2mEk，以及能量的关系得≥＋，≤3，所以A、B正确。
4．A 甲、乙、球三者整个过程中动量守恒，有(m甲＋m球)v1－m乙v2＝(m甲＋m球)v′，代入数据后得v′＝0，选项A正确。
5．解析：(1)A、B两球碰撞满足动量守恒：mv0＝2mv1，得两球跟C球碰撞前的速度v1＝1 m/s。
(2)A、B两球与C碰撞满足动量守恒：2mv1＝mvC＋2mv2，解得：v2＝0.5 m/s
则两次碰撞损失的动能为ΔEk＝，解得ΔEk＝1.25 J。
答案：(1)1 m/s (2)1.25 J