高中物理 第十六章 动量守恒定律 4 碰撞同步备课学案 新人教版选修

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1、我带领班子成员及全体职工,积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习,同时认真学习业务知识,全面提高了自身素质,增强职工工作积极性,杜绝了纪律松散4 碰撞目标定位1.理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞,了解正碰(对心碰撞)和斜碰(非对心碰撞).2.会应用动量、能量的观点解决一维碰撞问题.3.了解散射和中子的发现过程,体会理论对实践的指导作用,进一步了解动量守恒定律的普适性一、弹性碰撞和非弹性碰撞1碰撞(1)碰撞时间非常短,可以忽略不计(2)碰撞过程中内力往往远大于外力,系统所受外力可以忽略不计,所以系统的动量守恒2三种碰撞类型(1)弹性碰撞动量守恒:m1v1m2v2m1v1m2v2机械

2、能守恒:m1vm2vm1v12m2v22弹性碰撞特例:两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰,v10,v20,则碰后两球速度分别为v1v1,v2v1.若m1m2的两球发生弹性正碰,v10,v20,则碰后v10,v2v1,即二者碰后交换速度若m1m2,v10,v20,则二者弹性正碰后, v1v1,v22v1.表明m1的速度不变,m2以2v1的速度被撞出去若m1m2,v10,v20,则二者弹性正碰后,v1v1,v20.表明m1被反向以原速率弹回,而m2仍静止(2)非弹性碰撞动量守恒:m1v1m2v2m1v1m2v2机械能减少,损失的机械能转化为内能|Ek|Ek初Ek末Q(3)完全非弹性碰撞:碰撞

3、后合为一体或碰后具有共同速度,这种碰撞机械能损失最大动量守恒:m1v1m2v2(m1m2)v共碰撞中机械能损失|Ek|m1vm2v(m1m2)v【深度思考】如何从形变和能量转化两个角度来理解弹性碰撞和非弹性碰撞?答案两物体发生弹性碰撞时,形变属于弹性形变,碰撞结束后形变能够完全恢复,动能和弹性势能之间相互转化,机械能守恒;发生非弹性碰撞时,形变属于非弹性的,碰撞结束后,不能恢复原状,系统的机械能减少,机械能转化为内能【例1】如图1所示,在水平光滑直导轨上,静止着三个质量均为m1 kg的相同小球A、B、C,现让A球以v02 m/s的速度向着B球运动,A、B两球碰撞后粘合在一起,两球继续向右运动并

4、跟C球碰撞,C球的最终速度vC1 m/s.求:图1(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度多大?(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能?解析(1)A、B相碰满足动量守恒:mv02mv1得两球跟C球相碰前的速度v11 m/s.(2)两球与C碰撞同样满足动量守恒:2mv1mvC2mv2得两球碰后的速度v20.5 m/s,两次碰撞损失的动能|Ek|mv2mvmv1.25 J.答案(1)1 m/s(2)1.25 J1在碰撞过程中,系统的动量守恒,但机械能不一定守恒2完全非弹性碰撞(碰后两物体粘在一起)机械能一定损失(机械能损失最多)【例2】在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动在小球的前

5、方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,如图2所示小球A与小球B发生碰撞后,小球A、B均向右运动小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇,PQ1.5PO.假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性碰撞,求两小球质量之比.图2解析从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A和B的速度大小保持不变,根据它们通过的路程,可知小球B和小球A在碰撞后的速度大小之比为41两球碰撞过程为弹性碰撞,有:m1v0m1v1m2v2m1vm1vm2v解得2.答案21弹性碰撞遵循的规律:碰撞前、后两物体动量守恒,机械能守恒2弹性碰撞模型特例:一动碰一静模型两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰,v10,v20

6、针对训练如图3所示,足够长的光滑轨道由斜槽轨道和水平轨道组成水平轨道上一质量为mB的小球处于静止状态,一个质量为mA的小球沿斜槽轨道向下运动,与B球发生弹性正碰要使小球A与小球B能发生第二次碰撞,mA和mB应满足什么关系?图3答案mB3mA解析设小球A与小球B碰撞前的速度大小为v0.根据弹性碰撞过程动量守恒和机械能守恒得mAv0mAv1mBv2,mAvmAvmBv.联立解得v1 v0,v2 v0.要使小球A与小球B能发生第二次碰撞,小球A必须反弹,且速率大于碰后B球的速率有| v0| v0,得mB3mA.二、对心碰撞、非对心碰撞及散射1正碰(对心碰撞):一个运动的球与一个静止的球碰撞,碰撞之前

7、球的运动速度与两球心的连线在同一条直线上,碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线2斜碰(非对心碰撞):一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上,碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线3散射(1)定义微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样“接触”而发生的碰撞(2)散射方向由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小,所以多数粒子碰撞后飞向四面八方【深度思考】两物体碰撞过程,除了满足动量守恒这一条件外,碰撞中的能量和碰撞前、后的速度还应满足什么条件?答案碰撞需满足三个条件:1动量守恒,即p1p2p1p2.2总动能不增加,即Ek1Ek2Ek1Ek2或.3速度要

8、符合情景:碰撞后,原来在前面的物体的速度一定增大,且原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度,即v前v后.【例3】质量为m、速度为v的A球跟质量为3m、静止的B球发生正碰碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B球的速度允许有不同的值请你论证:碰撞后B球的速度可能是以下值中的()A0.6v B0.4v C0.2v D0.1v解析若发生弹性碰撞,设碰后A的速度为v1,B的速度为v2,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律:mvmv13mv2由机械能守恒定律:mv2mv3mv由以上两式得v1,v2若碰撞过程中损失机械能最大,则碰后两者速度相同,设为v,由动量守恒定律:mv(

9、m3m)v解得v所以在情况不明确时,B球速度vB应满足vB.因此选B.答案B碰撞满足的条件(1)动量守恒:p1p2p1p2.(2)动能不增加:Ek1Ek2Ek1Ek2或.(3)速度要符合情景:碰撞后,原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度,即v前v后,否则碰撞不会结束1(碰撞特点及满足条件)(多选)质量为1 kg的小球以4 m/s的速度与质量为2 kg的静止小球正碰,关于碰后的速度v1和v2,下面哪些是可能正确的()Av1v2 m/sBv13 m/s,v20.5 m/sCv11 m/s,v23 m/sDv11 m/s,v22.5 m/s答案AD解析由碰撞前、后总动量守恒m1v1

10、m1v1m2v2和能量不增加EkEk1Ek2验证A、B、D三项皆有可能;但B项碰后后面小球的速度大于前面小球的速度,会发生第二次碰撞,不符合实际,所以A、D两项有可能2(弹性碰撞的特点)(多选)甲物体在光滑水平面上运动速度为v1,与静止的乙物体相碰,碰撞过程中无机械能损失,下列结论正确的是()A乙的质量等于甲的质量时,碰撞后乙的速度为v1B乙的质量远远小于甲的质量时,碰撞后乙的速率是2v1C乙的质量远远大于甲的质量时,碰撞后甲的速率是v1D碰撞过程中甲对乙做的功大于乙动能的增量答案ABC解析由于碰撞过程中无机械能损失,故是弹性碰撞,根据动量守恒和机械能守恒可以解得两球碰后的速度v1v1,v2v

11、1.当m1m2时,v2v1,A对;当m1m2时,v22v1,B对;当m1m2时,v1v1,C对;根据动能定理可知D错误3. (非弹性碰撞的特点)如图4所示,有两个质量都为m的小球A和B(大小不计),A球用细绳吊起,细绳长度等于悬点距地面的高度,B球静止放于悬点正下方的地面上现将A球拉到距地面高度为h处由静止释放,摆动到最低点与B球碰撞后粘在一起共同上摆,则:图4(1)它们一起上升的最大高度为多大?(2)碰撞中损失的机械能是多少?答案(1)(2)mgh解析(1)A球由静止释放到最低点的过程做的是圆周运动,应用动能定理可求出末速度,即mghmv,所以v1,A球对B球碰撞满足动量守恒mv1(mm)v2,所以v2v1;对A、B粘在一起共同上摆的过程应用机械能守恒,(mm)v(mm)gh,解得h.(2)Emv2mvmgh.经过专家组及技术指导员的共同努力,科技入户工作取得了很大的成绩,促进了小麦 产量的大幅提升,农民种粮收益明显提高,得到了广大群众的一致赞许和社会各界的广泛好评。

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