鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第1章 第4节　弹性碰撞与非弹性碰撞课件

第4节　弹性碰撞与非弹性碰撞
核心素养
物理观念
科学思维
科学态度与责任
1.知道弹性碰撞和非弹性碰撞、完全非弹性碰撞的概念及特点。
2.掌握弹性碰撞的规律。
能在熟悉的问题情境中根据实际情况选择弹性碰撞或非弹性碰撞模型解决物理问题；会用系统和守恒的思想分析物理问题，能对综合性物理问题进行分析和推理，获得结论并作出解释；能用证据分析解释弹性碰撞与非弹性碰撞等问题；能从牛顿运动定律、动量守恒、能量守恒等不同角度思考物理问题。
能根据弹性碰撞的规律解释判断有关现象，会应用动量和能量的观点分析、解决一维碰撞问题。
知识点　弹性碰撞与非弹性碰撞
[观图助学]
右图为两球相撞时，由于碰撞角度不同而导致碰后速度不同，但无论怎样碰撞，内力都远大于外力，动量守恒，但碰撞过程中机械能是否守恒呢？
1.碰撞的分类
弹性碰撞：若碰撞过程中系统的机械能守恒，即碰撞前后系统的________相等，这种碰撞称为弹性碰撞，又称作完全弹性碰撞。
非弹性碰撞：碰撞过程中系统的________有损失的碰撞称为非弹性碰撞。
完全非弹性碰撞：非弹性碰撞中，如果碰撞后物体____________，系统的动能损失______，这种碰撞称为________________。
总动能
机械能
结合在一起
最大
完全非弹性碰撞
2.弹性碰撞的实验研究(教材P22实验与探究)
(1)质量相等的两个钢球相碰撞，碰撞后原来运动的小球立即______，而原来静止的小球几乎摆到运动小球原来释放时的______，碰撞后两球交换了______。
(2)当被碰球质量较小时，碰撞后两球都向前运动。
(3)当被碰球质量较大时，碰撞后原来运动的球会被______，而原来静止的小球______运动。
停下
高度
速度
反弹
向前
3.弹性碰撞的规律
质量为m1的小球以速度v1与静止的质量为m2的小球发生弹性碰撞。碰撞过程中动量______，碰撞前后动能______。
m1v1＝m1v1′＋m2v2′
守恒
相等
[思考判断]
(1)弹性碰撞过程中动量守恒、动能不守恒。( )
(2)两个质量相同的小球发生正碰时一定交换速度。( )
(3)质量较大的物体与质量较小且静止的物体发生碰撞时不可能被反弹。( )
(4)速度不同的两小球碰撞后粘在一起，碰撞过程中没有能量损失。( )
(5)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。( )
×
×
√
×
√
[问题探究]
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？
核心要点
碰撞的理解和分析
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。
[探究归纳]
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。
2.弹性碰撞的规律
设质量为m1的小球以速度v1与质量为m2的静止的小球发生弹性碰撞，碰后m1、m2的速度分别为v1′和v2′，由动量守恒和动能守恒有m1v1＝m1v1′＋m2v2′①
[试题案例]
[例1] 大小、形状完全相同，质量分别为300 g和200 g的两个物体在无摩擦的水平面上相向运动，速度分别为50 cm/s和100 cm/s。
(1)如果两物体碰撞并粘合在一起，求它们共同的速度大小；
(2)求碰撞后损失的动能；
(3)如果碰撞是弹性碰撞，求两物体碰撞后的速度大小。
解析　(1)取v1＝50 cm/s＝0.5 m/s的方向为正方向，则v2＝－100 cm/s＝－1 m/s，
设两物体碰撞后粘合在一起的共同速度为v，
由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v，
代入数据解得v＝－0.1 m/s，负号表示方向与v1的方向相反。
(2)碰撞后两物体损失的动能为
(3)如果碰撞是弹性碰撞，设碰后两物体的速度分别为v1′、v2′，由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，
碰撞前后动能相等，
代入数据解得v1′＝－0.7 m/s，v2′＝0.8 m/s。
答案　(1)0.1 m/s　(2)0.135 J　(3)0.7 m/s　0.8 m/s
[针对训练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？
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
设B与C发生碰撞后粘在一起的速度为v，
(2)B与C碰撞中损失的动能
[要点归纳]
判断碰撞过程是否存在的三个依据
(1)系统动量守恒，即p1＋p2＝p1′＋p2′。
核心要点
碰撞过程是否存在的判断
[试题案例]
[例2] (多选)质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线相向运动，如图所示，若以向左为运动的正方向，A球的速度为v1＝－2 m/s，B球的速度为v2＝6 m/s，某时刻A球与B球发生相互碰撞，碰撞后仍在一条直线上运动，则碰后A、B球速度的可能值是(　　)
A.vA＝1 m/s，vB＝3 m/s
B.vA＝7 m/s，vB＝－3 m/s
C.vA＝2 m/s，vB＝2 m/s
D.vA＝6 m/s，vB＝－2 m/s
解析　设两球的质量均为m。
验证方法：(1)动量角度：p初＝4m，而所给选项均满足要求；
(2)碰撞实际情况(碰撞只能发生一次)：A项不符合题意；
答案　CD
[针对训练2] 在光滑水平面上，有两个小球A、B沿同一直线同向运动(B在前)，已知碰前两球的动量分别为pA＝12 kg·m/s、pB＝13 kg·m/s，碰后它们动量的变化分别为ΔpA、ΔpB。下列数值可能正确的是(　　)
A.ΔpA＝－3 kg·m/s、ΔpB＝3 kg·m/s
B.ΔpA＝3 kg·m/s、ΔpB＝－3 kg·m/s
C.ΔpA＝－24 kg·m/s、ΔpB＝24 kg·m/s
D.ΔpA＝24 kg·m/s、ΔpB＝－24 kg·m/s
答案　A