人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第1章 第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞课件
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第1章 第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞课件 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 3.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-06 14:41:47 | ||
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文档简介
第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞
核心素养
物理观念
科学思维
1.了解弹性碰撞、非弹性碰撞，知道碰撞现象的特点。
2.弹性碰撞中的能量转化及特点。
会应用动量、能量观点分析和解决一条直线上的碰撞问题。
知识点一 弹性碰撞和非弹性碰撞
[观图助学]
两根细线下悬挂着质量相等的两个钢球A、B，把A球向左侧拉开一个角度后放下，A球向右摆动，到达原先的平衡位置时跟B球发生正碰，碰撞后A球静止，B球向右摆动，摆到与A球原来等高处后，B球又向左摆动，跟A球碰撞后静止，A球又向左摆动……两球就这样交替摆动下去。你能说出其中的奥秘吗？
提示 两球碰撞过程，动量守恒，动能也守恒，故A、B两球碰撞后交换速度。
1.弹性碰撞：系统在碰撞前后动能______的碰撞。
2.非弹性碰撞：系统在碰撞后动能______的碰撞。
不变
减少
[思考判断]
(1)发生碰撞的两个物体，动量是守恒的。( )
(2)发生碰撞的两个物体，机械能是守恒的。( )
(3)碰撞后，两个物体粘在一起，动量是守恒的，但机械能损失是最大的。( )
√
√
×
[观图助学]
如图所示，光滑水平面上并排静止着小球2、3、4，小球1以速度v0射来，已知四个小球完全相同，小球间发生弹性碰撞，则碰撞后各小球的运动情况如何？
答案 小球1与小球2碰撞后交换速度，小球2与小球3碰撞后交换速度、小球3与小球4碰撞后交换速度，最终小球1、2、3静止，小球4以速度v0运动。
知识点二 弹性碰撞的实例分析
1.正碰：碰撞前后两球的速度与两球心的连线在______________的碰撞，也叫对心碰撞或一维碰撞。
2.一维弹性碰撞实例分析
同一条直线上
(1)若m1＞m2，v1′和v2′都是正值，表示v1′和v2′都与v1方向同向。
若m1?m2，v1′＝v1，v2′＝2v1，表示m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。
(2)若m1＜m2，v1′为负值，表示v1′与v1方向______，m1被弹回(若m1?m2，v1′＝－v1，v2′＝0，表示m1被反向以原速率弹回，而m2仍静止)。
(3)若m1＝m2，则有v1′＝0，v2′＝v1，即碰撞后两球速度______。
反向
互换
[思考判断]
(1)两物体间发生的碰撞过程，动量一定守恒，动能可能不守恒。( )
(2)两物体发生正碰时，动量一定守恒。( )
(3)两物体发生斜碰时，动量不守恒。( )
√
√
×
保龄球运动中，10个保龄球瓶摆放在一个三角形区域内，有经验的运动员可以一次用保龄球击倒全部保龄瓶，这其中除了运用好掷球技巧外，对碰撞规律的深刻理解也很关键。那么保龄球与保龄瓶之间的碰撞遵守什么规律？
提示 保龄球与保龄球瓶之间的碰撞遵守动量守恒定律。
[观察探究]
核心要点
碰撞的特点和分类
1.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，所以动量守恒。
[探究归纳]
2.碰撞的分类
(1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒。
(2)非弹性碰撞：系统动量守恒，机械能减少，损失的机械能转化为内能。
(3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，机械能损失最大。
3.爆炸：一种特殊的“碰撞”
特点1：系统动量守恒。
特点2：系统动能增加。
[例1] 光滑水平轨道上有三个木块A、B、C，质量分别为mA＝mB＝m，mC＝2m，开始时B、C均静止，A以初速度v0向右运动，A与B发生弹性正碰后，B又与C发生碰撞并粘在一起，求：
(1)B与C碰撞前后B的速度分别是多大？
(2)B与C碰撞中损失的动能是多少？
[试题案例]
审题指导
关键词
信息
光滑水平轨道
A与B，B与C碰撞中动量均守恒
A与B发生弹性正碰
碰撞中动量守恒、机械能守恒
B与C发生碰撞并粘在一起
(1)碰撞中动量守恒
(2)碰前B的动能减去碰后B和C的总动能等于损失的动能
解析 (1)设A与B碰撞后，A的速度为vA，B的速度为vB，A与B发生弹性正碰，由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝mvA＋mvB
(2)B与C碰撞中损失的动能
[针对训练1] 在光滑水平面上，一质量为m，速度大小为v的A球与质量为2m且静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反，则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A.0.6v B.0.4v C.0.3v D.0.2v
解析 以A球碰撞前速度方向为正方向，两球在碰撞的过程中动量守恒，有mv＝2mvB－mvA，又vA＞0，故vB＞0.5v，选项A正确。
答案 A
核心要点
弹性正碰模型
[要点归纳]
1.“一动碰一静”模型
2.如果两个相互作用的物体，满足动量守恒的条件，且相互作用过程初、末状态的总机械能不变，广义上也可以看成弹性正碰。
[试题案例]
[例2] 如图所示，ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道，BC段水平，AB段与BC段平滑连接，质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑，与静止在轨道BC段上质量为m2的小球发生碰撞，碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上，且在碰撞过程中无机械能损失。求碰撞后小球m2的速度大小v2。
设碰撞后m1与m2的速度分别为v1和v2，根据动量守恒定律有m1v10＝m1v1＋m2v2②
由于碰撞过程中无机械能损失
方法凝炼 处理碰撞问题的几个关键点
(1)选取动量守恒的系统：若有三个或更多个物体参与碰撞时，要合理选取所研究的系统。
(2)弄清碰撞的类型：弹性碰撞、完全非弹性碰撞还是其他非弹性碰撞。
(3)弄清碰撞过程中存在的关系：能量转化关系、几何关系、速度关系等。
[针对训练2] 在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们排成一条直线，2、3小球静止并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图所示。设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度分别是( )
解析 由于1球与2球发生碰撞时间极短，2球的位置来不及发生变化。这样2球对3球不产生力的作用，即3球不会参与1、2球作用，1、2球作用后立即交换速度，即碰后1球停止，2球速度立即变为v0，同理分析，2、3球作用后交换速度，故选项D正确。
答案 D
核心要点
碰撞可能性分析
[要点归纳]
判断碰撞过程是否存在的依据
1.满足动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′。
2.满足动能不增加原理：Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′。
3.速度要符合情景
(1)如果碰前两物体同向运动，则后面物体的速度必大于前面物体的速度，即v后＞v前，否则无法实现碰撞。碰撞后，原来在前的物体的速度一定增大，且原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度v前′≥v后′。
(2)如果碰前两物体是相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为零。若碰 后沿同向运动，则前面物体的速度大于或等于后面物体 的速度，即v前≥v后。
[试题案例]
[例3] 甲、乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动，已知它们的动量分别是p1＝5 kg·m/s，p2＝7 kg·m/s，甲从后面追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为10 kg·m/s，则两球质量m1与m2间的关系可能是( )
A.m1＝m2 B.2m1＝m2
C.4m1＝m2 D.6m1＝m2
答案 C
方法凝炼 判定碰撞可能性问题的分析思路
(1)判定系统动量是否守恒。
(2)判定物理情景是否可行，如追碰后，前球动量不能减小，后球动量在原方向上不能增加；追碰后，后球在原方向的速度不可能大于前球的速度。
(3)碰撞后系统动能是不增加的。
[针对训练3] 两球A、B在光滑水平面上沿同一直线，同一方向运动，mA＝2 kg，mB＝3 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s。当A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是( )
A.vA＝4.5 m/s，vB＝3 m/s
B.vA＝3 m/s，vB＝4 m/s
C.vA＝－1.5 m/s，vB＝7 m/s
D.vA＝7.5 m/s，vB＝1 m/s
解析 考虑实际情况，碰撞后，在后面运动的A球的速度不大于B球的速度，因而选项A、D错误；两球碰撞过程，系统不受外力，故碰撞过程系统总动量守恒，又根据能量关系，碰撞后的系统总动能应该小于或等于碰撞前的系统总动能，碰撞前总动能为42 J，选项B中碰撞后总动能为33 J，故选项B正确；而选项C中碰撞后总动能为75.75 J，不符合实际情况，故选项C错误。
答案 B
核心素养
物理观念
科学思维
1.了解弹性碰撞、非弹性碰撞，知道碰撞现象的特点。
2.弹性碰撞中的能量转化及特点。
会应用动量、能量观点分析和解决一条直线上的碰撞问题。
知识点一 弹性碰撞和非弹性碰撞
[观图助学]
两根细线下悬挂着质量相等的两个钢球A、B，把A球向左侧拉开一个角度后放下，A球向右摆动，到达原先的平衡位置时跟B球发生正碰，碰撞后A球静止，B球向右摆动，摆到与A球原来等高处后，B球又向左摆动，跟A球碰撞后静止，A球又向左摆动……两球就这样交替摆动下去。你能说出其中的奥秘吗？
提示 两球碰撞过程，动量守恒，动能也守恒，故A、B两球碰撞后交换速度。
1.弹性碰撞：系统在碰撞前后动能______的碰撞。
2.非弹性碰撞：系统在碰撞后动能______的碰撞。
不变
减少
[思考判断]
(1)发生碰撞的两个物体，动量是守恒的。( )
(2)发生碰撞的两个物体，机械能是守恒的。( )
(3)碰撞后，两个物体粘在一起，动量是守恒的，但机械能损失是最大的。( )
√
√
×
[观图助学]
如图所示，光滑水平面上并排静止着小球2、3、4，小球1以速度v0射来，已知四个小球完全相同，小球间发生弹性碰撞，则碰撞后各小球的运动情况如何？
答案 小球1与小球2碰撞后交换速度，小球2与小球3碰撞后交换速度、小球3与小球4碰撞后交换速度，最终小球1、2、3静止，小球4以速度v0运动。
知识点二 弹性碰撞的实例分析
1.正碰：碰撞前后两球的速度与两球心的连线在______________的碰撞，也叫对心碰撞或一维碰撞。
2.一维弹性碰撞实例分析
同一条直线上
(1)若m1＞m2，v1′和v2′都是正值，表示v1′和v2′都与v1方向同向。
若m1?m2，v1′＝v1，v2′＝2v1，表示m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。
(2)若m1＜m2，v1′为负值，表示v1′与v1方向______，m1被弹回(若m1?m2，v1′＝－v1，v2′＝0，表示m1被反向以原速率弹回，而m2仍静止)。
(3)若m1＝m2，则有v1′＝0，v2′＝v1，即碰撞后两球速度______。
反向
互换
[思考判断]
(1)两物体间发生的碰撞过程，动量一定守恒，动能可能不守恒。( )
(2)两物体发生正碰时，动量一定守恒。( )
(3)两物体发生斜碰时，动量不守恒。( )
√
√
×
保龄球运动中，10个保龄球瓶摆放在一个三角形区域内，有经验的运动员可以一次用保龄球击倒全部保龄瓶，这其中除了运用好掷球技巧外，对碰撞规律的深刻理解也很关键。那么保龄球与保龄瓶之间的碰撞遵守什么规律？
提示 保龄球与保龄球瓶之间的碰撞遵守动量守恒定律。
[观察探究]
核心要点
碰撞的特点和分类
1.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，所以动量守恒。
[探究归纳]
2.碰撞的分类
(1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒。
(2)非弹性碰撞：系统动量守恒，机械能减少，损失的机械能转化为内能。
(3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，机械能损失最大。
3.爆炸：一种特殊的“碰撞”
特点1：系统动量守恒。
特点2：系统动能增加。
[例1] 光滑水平轨道上有三个木块A、B、C，质量分别为mA＝mB＝m，mC＝2m，开始时B、C均静止，A以初速度v0向右运动，A与B发生弹性正碰后，B又与C发生碰撞并粘在一起，求：
(1)B与C碰撞前后B的速度分别是多大？
(2)B与C碰撞中损失的动能是多少？
[试题案例]
审题指导
关键词
信息
光滑水平轨道
A与B，B与C碰撞中动量均守恒
A与B发生弹性正碰
碰撞中动量守恒、机械能守恒
B与C发生碰撞并粘在一起
(1)碰撞中动量守恒
(2)碰前B的动能减去碰后B和C的总动能等于损失的动能
解析 (1)设A与B碰撞后，A的速度为vA，B的速度为vB，A与B发生弹性正碰，由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝mvA＋mvB
(2)B与C碰撞中损失的动能
[针对训练1] 在光滑水平面上，一质量为m，速度大小为v的A球与质量为2m且静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反，则碰撞后B球的速度大小可能是( )
A.0.6v B.0.4v C.0.3v D.0.2v
解析 以A球碰撞前速度方向为正方向，两球在碰撞的过程中动量守恒，有mv＝2mvB－mvA，又vA＞0，故vB＞0.5v，选项A正确。
答案 A
核心要点
弹性正碰模型
[要点归纳]
1.“一动碰一静”模型
2.如果两个相互作用的物体，满足动量守恒的条件，且相互作用过程初、末状态的总机械能不变，广义上也可以看成弹性正碰。
[试题案例]
[例2] 如图所示，ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道，BC段水平，AB段与BC段平滑连接，质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑，与静止在轨道BC段上质量为m2的小球发生碰撞，碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上，且在碰撞过程中无机械能损失。求碰撞后小球m2的速度大小v2。
设碰撞后m1与m2的速度分别为v1和v2，根据动量守恒定律有m1v10＝m1v1＋m2v2②
由于碰撞过程中无机械能损失
方法凝炼 处理碰撞问题的几个关键点
(1)选取动量守恒的系统：若有三个或更多个物体参与碰撞时，要合理选取所研究的系统。
(2)弄清碰撞的类型：弹性碰撞、完全非弹性碰撞还是其他非弹性碰撞。
(3)弄清碰撞过程中存在的关系：能量转化关系、几何关系、速度关系等。
[针对训练2] 在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们排成一条直线，2、3小球静止并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图所示。设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度分别是( )
解析 由于1球与2球发生碰撞时间极短，2球的位置来不及发生变化。这样2球对3球不产生力的作用，即3球不会参与1、2球作用，1、2球作用后立即交换速度，即碰后1球停止，2球速度立即变为v0，同理分析，2、3球作用后交换速度，故选项D正确。
答案 D
核心要点
碰撞可能性分析
[要点归纳]
判断碰撞过程是否存在的依据
1.满足动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′。
2.满足动能不增加原理：Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′。
3.速度要符合情景
(1)如果碰前两物体同向运动，则后面物体的速度必大于前面物体的速度，即v后＞v前，否则无法实现碰撞。碰撞后，原来在前的物体的速度一定增大，且原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度v前′≥v后′。
(2)如果碰前两物体是相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为零。若碰 后沿同向运动，则前面物体的速度大于或等于后面物体 的速度，即v前≥v后。
[试题案例]
[例3] 甲、乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动，已知它们的动量分别是p1＝5 kg·m/s，p2＝7 kg·m/s，甲从后面追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为10 kg·m/s，则两球质量m1与m2间的关系可能是( )
A.m1＝m2 B.2m1＝m2
C.4m1＝m2 D.6m1＝m2
答案 C
方法凝炼 判定碰撞可能性问题的分析思路
(1)判定系统动量是否守恒。
(2)判定物理情景是否可行，如追碰后，前球动量不能减小，后球动量在原方向上不能增加；追碰后，后球在原方向的速度不可能大于前球的速度。
(3)碰撞后系统动能是不增加的。
[针对训练3] 两球A、B在光滑水平面上沿同一直线，同一方向运动，mA＝2 kg，mB＝3 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s。当A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是( )
A.vA＝4.5 m/s，vB＝3 m/s
B.vA＝3 m/s，vB＝4 m/s
C.vA＝－1.5 m/s，vB＝7 m/s
D.vA＝7.5 m/s，vB＝1 m/s
解析 考虑实际情况，碰撞后，在后面运动的A球的速度不大于B球的速度，因而选项A、D错误；两球碰撞过程，系统不受外力，故碰撞过程系统总动量守恒，又根据能量关系，碰撞后的系统总动能应该小于或等于碰撞前的系统总动能，碰撞前总动能为42 J，选项B中碰撞后总动能为33 J，故选项B正确；而选项C中碰撞后总动能为75.75 J，不符合实际情况，故选项C错误。
答案 B