高中物理课件------碰撞

第十六章第4节新知预习·巧设计要点一要点二要点三名师课堂·一点通创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升返回返回返回1.通过对碰撞的研究，理解碰撞的特点。2.知道对心碰撞和非对心碰撞及散射现象。3.会运用动量守恒定律分析、解决碰撞问题。返回[读教材·填要点]1．碰撞的分类(1)从能量上分类：弹性碰撞碰撞过程中机械能非弹性碰撞碰撞过程中机械能完全非弹性碰撞碰撞后合为或碰后具有共同速度，这种碰撞动能损失守恒不守恒一体最大返回(2)从碰撞前后速度的方向上分类：对心碰撞(正碰)碰撞前后物体的速度在上非对心碰撞(斜碰)碰撞前后物体的速度不在同一直线上同一直线[关键一点]不论哪种碰撞，都遵守动量守恒定律，对于正碰可以在碰撞所在的直线上应用动量守恒定律。而对于斜碰，要在相互垂直的两个方向上分别应用动量守恒定律。返回2．弹性正碰的讨论(1)两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则碰后两球速度分别为v1′＝m1－m2m1＋m2v1，v2′＝。(2)若m1＝m2的两球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则v1′＝，v2′＝，即二者碰后交换速度。0v12m1m1＋m2v1返回(3)若m1≪m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝，v2′＝0。表明m1被反向以弹回，而m2仍静止。(4)若m1≫m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝，v2′＝。表明m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。[关键一点]并不是质量相等的两个物体发生碰撞时就交换速度，只有发生一维弹性碰撞时，两者才交换速度。－v1原速率v12v1返回3．散射(1)定义：微观粒子碰撞时，微观粒子相互接近时并不发生而发生的碰撞。(2)散射方向：由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率，所以粒子碰撞后飞向四面八方。[关键一点]微观粒子在散射时尽管不接触，但满足动量守恒的条件，动量是守恒的。“接触”很小多数返回[试身手·夯基础]1．以下对碰撞的理解，正确的是()A．弹性碰撞一定是对心碰撞B．非对心碰撞一定是非弹性碰撞C．弹性碰撞也可能是非对心碰撞D．弹性碰撞和对心碰撞中动量守恒，非弹性碰撞和非对心碰撞中动量不守恒解析：弹性碰撞与非弹性碰撞和对心碰撞与非对心碰撞是两种不同的分类方法。不论在什么碰撞中，动量守恒定律都成立。答案：C返回2．为了模拟宇宙大爆炸的情况，科学家们使两个带正电的重离子被加速后，沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞。若要使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，应设法使离子在碰撞前的瞬间具有()A．相同的速率B．相同的质量C．相同的动能D．大小相同的动量解析：当两重离子碰前动量等大反向时，碰后离子可能均静止，这时动能完全转化为内能，故选D。答案：D返回3．关于散射，下列说法正确的是()A．散射就是乱反射，毫无规律可言B．散射中没有对心碰撞C．散射时仍遵守动量守恒定律D．散射时不遵守动量守恒定律解析：由于散射也是碰撞，所以散射过程中动量守恒。答案：C返回4．一列火车共有n节车厢，各节车厢质量相等，相邻车厢间留有空隙，首端第一节车厢以速度v向第二节撞去，并连接在一起，然后再向第三节撞去，并又连接在一起，这样依次撞下去，使n节车厢全部运动起来，那么最后火车的速度是________。(铁轨对车厢的摩擦不计)解析：n节车厢的碰撞满足动量守恒定律，即mv＝nmv′，所以最后火车的速度v′＝vn。答案：vn返回5．质量为5kg的A球以3m/s的速度与质量为10kg的静止B球发生碰撞，碰后A球以1m/s的速度反向弹回，B球以2m/s的速度向前运动，判断两球的碰撞属于________类型的碰撞，碰撞过程中损失了________动能。解析：碰前动能：Ek1＝12mAv21＝12×5×32J＝22.5J碰后动能：Ek2＝12mAv2A2＋12mBv2B2＝12×5×12J＋12×10×22J＝22.5J由于Ek1＝Ek2，所以碰撞过程中动能损失为零，故碰撞属于完全弹性碰撞。答案：完全弹性0返回返回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。(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。返回2．碰撞中系统的能量(1)完全弹性碰撞：动量守恒，机械能守恒。(2)非弹性碰撞：动量守恒，机械能有损失，转化为系统内能。(3)完全非弹性碰撞：动量守恒，机械能损失最大，碰后两物体粘合在一起。3．处理碰撞问题的三个原则(1)动量守恒，即p1＋p2＝p1′＋p2′。(2)动能不增加，即Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′。返回(3)速度要合理①碰前两物体同向，则v后v前，碰后，原来在前的物体速度一定增大，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，除非两物体碰撞后速度均为零[名师点睛]判断一个碰撞过程能否发生时，必须同时考虑到碰撞过程中应满足的三个条件，不要认为只要满足动量守恒就能发生。返回1．两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA＝1kg，mB＝2kg，vA＝6m/s，vB＝2m/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′＝5m/s，vB′＝2.5m/sB．vA′＝2m/s，vB′＝4m/sC．vA′＝－4m/s，vB′＝7m/sD．vA′＝7m/s，vB′＝1.5m/s[思路点拨]依据处理碰撞问题的三个原则进行分析判断：动量守恒、动能不增加、速度要合理。返回[解析]虽然题给四个选项均满足动量守恒定律，但A、D两项中，碰后A的速度vA′大于B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Ek后＝12mAvA′2＋12mBvB′2＝57J，大于碰前的总动能Ek前＝22J，违背了能量守恒，所以C项错；而B项既符合实际情况，也不违背能量守恒，所以B项对。[答案]B返回这类题目的易错点是只考虑动量守恒，忽视其他合理性。解答这类问题要充分考虑动量的合理性、动能的合理性和物理情景的合理性，在定量计算的基础上，适当考虑碰撞前后的速度关系，这样才能得出符合实际的结论。返回名称比较项目爆炸碰撞相同点过程特点都是物体间的相互作用突然发生，相互作用的力为变力，作用时间很短，平均作用力很大，且远大于系统所受的外力，所以可以认为碰撞、爆炸过程中系统的总动量守恒过程模型由于碰撞、爆炸过程相互作用的时间很短，作用过程中物体的位移很小，一般可忽略不计，因此可以把作用过程看做一个理想化过程来处理，即作用后物体仍从作用前瞬间的位置以新的动量开始返回名称比较项目爆炸碰撞相同点能量情况都满足能量守恒，总能量保持不变不同点动能情况有其他形式的能转化为动能，动能会增加弹性碰撞时动能不变，非弹性碰撞时动能要损失，动能转化为内能，动能减少返回[名师点睛](1)在碰撞过程中，系统的动量守恒，但机械能不一定守恒。(2)在爆炸过程中，系统的动量守恒，机械能一定不守恒。(3)宏观物体碰撞时一般相互接触，微观粒子的碰撞不一定接触，但只要符合碰撞的特点，就可认为是发生了碰撞，可以用动量守恒的规律分析求解。返回2．以初速度v0与水平方向成60°角斜向上抛出的手榴弹，到达最高点时炸成质量分别是m和2m的两块。其中质量大的一块沿着原来的方向以2v0的速度飞行。(1)求质量较小的另一块弹片速度的大小和方向。(2)爆炸过程中有多少化学能转化为弹片的动能。[审题指导](1)手榴弹到达最高点时具有水平方向的动量，爆炸过程中水平方向动量守恒。(2)爆炸过程中增加的动能来源于燃料的化学能。返回[解析](1)斜抛的手榴弹在水平方向上做匀速直线运动，在最高点处爆炸前的速度：v1＝v0cos60°＝12v0设v1的方向为正方向，如图所示：由动量守恒定律得：3mv1＝2mv1′＋mv2其中爆炸后大块弹片速度v1′＝2v0，解得v2＝－2.5v0，“－”号表示v2的方向与爆炸前速度方向相反。返回(2)爆炸过程中转化为动能的化学能等于系统动能的增量，即：ΔEk＝12(2m)v1′2＋12mv22－12(3m)v21＝274mv20。[答案](1)2.5v0方向与爆炸前速度方向相反(2)274mv20在处理爆炸问题，列动量守恒方程时应注意：爆炸前的动量是指即将爆炸那一刻的动量，爆炸后的动量是指爆炸刚好结束时那一刻的动量。返回相互作用的两个物体在很多情况下皆可当做碰撞处理，那么对相互作用中两物体相距恰“最近”、相距恰“最远”或恰上升到“最高点”等一类临界问题，求解的关键都是“速度相等”。具体分析如下：返回(1)子弹打击木块：如图16－4－1所示，质量为m的子弹以速度v0射中放在光滑水平面上的木块B，当子弹相对于木块静止不动时，子弹射入木块的深度最大，二者速度相等，此过程系统动量守恒，动能减少，减少的动能转化为内能。图16－4－1返回(2)在图16－4－2中，光滑水平面上的A物体以速度v0去撞击静止的B物体，A、B两物体相距最近时，两物体速度相等，此时弹簧最短，其压缩量最大。此过程系统的动量守恒，动能减少，减少的动能转化为弹簧的弹性势能。图16－4－2返回(3)在图16－4－3中，物体A以速度v0在放在光滑的水平面上的B物体上滑行，当A在B上滑行的距离最远时，A、B相对静止，A、B两物体的速度相等。此过程中，系统的动量守恒，动能减少，减少的动能转化为内能。图16－4－3返回(4)如图16－4－4所示，质量为M的滑块静止在光滑水平面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切，一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来。设小球不能越过滑块，则小球到达滑块上的最高点时(即小球的竖直速度为零)，两物体的速度肯定相等(方向为水平向右)。此过程中，系统在水平方向动量守恒，动能减少，减少的动能转化为小球的重力势能。图16－4－4返回[名师点睛]以上四种情景中，系统动量守恒(或某一方向上动量守恒)，动能转化为其他形式的能，末状态两物体相对静止。这些过程与完全非弹性碰撞具有相同的特征，可应用动量守恒定律，必要时结合能量守恒定律分析求解。返回3．一轻质弹簧的两端连接两滑块A和B，已知mA＝0.99kg，mB＝3kg，放在光滑水平面上，开始时弹簧处于原长，现滑块A被水平飞来的质量为mC＝10g，速度为400m/s的子弹击中，且没有穿出，如图16－4－5所示，求：(1)子弹击中滑块A的瞬间滑块A和B的速度；(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能。图16－4－5返回[审题指导]子弹打击A的过程，动量守恒、机械能有损失；子弹和A整体压缩弹簧的过程中，A、B、C整个系统的动量守恒，机械能守恒，系统减少的动能转化为弹簧的弹性势能。[解析](1)子弹击中滑块A的过程中，子弹与滑块A组成的系统动量守恒，很短时间具有共同速度vA，取子弹开始运动方向为正方向，有mCv0＝(mA＋mC)vA，得vA＝mCv0mA＋mC＝10×10－3×4000.99＋10×10－3m/s＝4m/s。滑块A在此过程中无位移，弹簧无形变，滑块B仍静止，即vB＝0。返回(2)对子弹、滑块A、B和弹簧组成的系统，当滑块A、B速度相等时弹簧的弹性势能最大，根据动量守恒和机械能守恒，有mCv0＝(mA＋mB＋mC)v，得v＝mCv0mA＋mB＋mC＝1m/s，Ep＝12(mA＋mC)v2A－12(mA＋mB＋mC)v2＝6J。[答案](1)4m/s0(2)6J返回(1)多个物体组成的系统应用动量守恒时，既可以根据作用的先后顺序选取系统，也可以选所有物体为系统，这要由题目需要而定。(2)注意题目中出现两物体相距最远、最近或物体上升到最高点等状态时，往往对应两物体速度相等。(3)当问题有多过程、多阶段时，必须分清不同过程的受力特点、力的做功特点等，明确对应过程所遵从的规律。返回返回点击下图进入随堂检测归纳小结返回点击下图进入课下作业综合提升