《2019-2020學(xué)年高中物理 第十六章 動量守恒定律 4 碰撞課件 新人教版選修3-5.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第十六章 動量守恒定律 4 碰撞課件 新人教版選修3-5.ppt（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

4碰撞 一 碰撞的分類1 從能量角度分類 1 彈性碰撞 碰撞過程中機(jī)械能守恒 2 非彈性碰撞 碰撞過程中機(jī)械能不守恒 3 完全非彈性碰撞 碰撞后合為一體或碰后具有共同速度 這種碰撞動能損失最大 2 從碰撞前后物體運動的方向是否在同一條直線上分類 1 正碰 對心碰撞 兩個球發(fā)生碰撞 如果碰撞之前球的速度方向與兩球心的連線在同一條直線上 碰撞之后兩個球的速度方向仍會沿著這條直線的方向而運動 2 斜碰 非對心碰撞 兩個球發(fā)生碰撞 如果碰撞之前球的運動速度方向與兩球心的連線不在同一條直線上 碰撞之后兩球的速度方向都會偏離原來兩球心的連線而運動 二 彈性碰撞特例 2 若m1 m2的兩球發(fā)生彈性正碰 v1 0 v2 0 則v1 0 v2 v1 即兩者碰后交換速度 3 若m1 m2 v1 0 v2 0 則二者彈性正碰后 v1 v1 v2 0 表明m1被反向以原速率彈回 而m2仍靜止 4 若m1 m2 v1 0 v2 0 則二者彈性正碰后 v1 v1 v2 2v1 表明m1的速度不變 m2以2v1的速度被撞出去 三 散射1 定義微觀粒子相互接近時并不像宏觀物體那樣 接觸 而發(fā)生的碰撞 2 散射方向由于粒子與物質(zhì)微粒發(fā)生對心碰撞的概率很小 所以多數(shù)粒子碰撞后飛向四面八方 自我檢測1 思考辨析 1 發(fā)生彈性碰撞時 被撞物體可能碎成幾塊 解析 發(fā)生彈性碰撞的物體不發(fā)生永久性的形變 不裂成碎片 不粘在一起 不發(fā)生熱傳遞及其他變化 答案 2 臺球桌上的兩個臺球碰撞時可以近似看成是正碰 解析 正碰又叫對心碰撞 碰撞前后 兩個物體的速度都沿同一條直線 它們的動量也都在這條直線上 在這個方向上動量守恒 兩個臺球的碰撞一般不是在同一條直線上 因此不一定是對心碰撞 答案 3 兩小球在光滑水平面上碰撞后粘在一起 因而不滿足動量守恒定律 解析 碰后粘在一起 也滿足動量守恒定律 答案 4 速度不同的兩小球碰撞后粘在一起 碰撞過程中沒有能量損失 解析 碰后粘在一起 機(jī)械能損失最大 有內(nèi)能產(chǎn)生 答案 5 在系統(tǒng)所受合外力為零的條件下 正碰滿足動量守恒定律 斜碰不滿足動量守恒定律 解析 斜碰也滿足動量守恒定律 答案 6 微觀粒子碰撞時并不接觸 但仍屬于碰撞 答案 2 探究討論 1 碰撞過程中動量守恒的原因是什么 答案 因相互作用時間短暫 因此一般滿足F內(nèi) F外的條件 2 碰撞中 總動能減少最多的情況是什么 答案 在發(fā)生完全非彈性碰撞時總動能減少最多 這種碰撞的特點是碰后粘在一起或具有共同速度 探究一 探究二 對碰撞問題的認(rèn)識和理解問題探究右圖為一種游戲器具 超級碰撞球 多顆籃球般大小的鋼球用鋼纜懸掛在屋頂 拉開最右邊鋼球到某一高度 然后釋放 碰撞后 僅最左邊的球被彈起 擺至最大高度后落下來再次碰撞 致使最右邊鋼球又被彈起 碩大鋼球交替彈開 周而復(fù)始 情景蔚為壯觀 上述現(xiàn)象如何解釋 要點提示 質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性正碰 碰撞中的動量 動能都守恒 碰后二者交換速度 探究一 探究二 知識歸納1 對碰撞的廣義理解物理學(xué)里所研究的碰撞 包括的范圍很廣 只要通過短時間作用 物體的動量發(fā)生了明顯的變化 都可視為碰撞 例如 兩個小球的撞擊 子彈射入木塊 系在繩子兩端的物體將松弛的繩子突然拉直 鐵錘打擊釘子 列車車廂的掛接 中子轟擊原子核等均可視為碰撞問題 需注意的是必須將發(fā)生碰撞的雙方 如兩小球 子彈和木塊 鐵錘和釘子 中子和原子核等 包括在同一個系統(tǒng)中 才能對該系統(tǒng)應(yīng)用動量守恒定律 探究一 探究二 2 碰撞過程的五個特點 1 時間特點 在碰撞 爆炸現(xiàn)象中 相互作用的時間很短 2 相互作用力的特點 在相互作用過程中 相互作用力先是急劇增大 然后急劇減小 平均作用力很大 3 動量守恒條件的特點 系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力 所以系統(tǒng)即使所受合力不為零 外力也可以忽略 系統(tǒng)的總動量守恒 4 位移特點 碰撞 爆炸過程是在一瞬間發(fā)生的 時間極短 在物體發(fā)生碰撞 爆炸的瞬間 可忽略物體的位移 認(rèn)為物體在碰撞 爆炸前后仍在原位置 5 能量特點 碰撞前總動能Ek與碰撞后總動能Ek 滿足Ek Ek 探究一 探究二 3 處理碰撞問題的三個原則 1 系統(tǒng)動量守恒 即p1 p2 p1 p2 3 速度要合理 碰前兩物體同向 則v后 v前 碰后 原來在前面的物體速度一定增大 且v前 v后 兩物體相向運動 碰后兩物體的運動方向不可能都不改變 探究一 探究二 4 對彈性碰撞的定量分析發(fā)生彈性碰撞的兩個物體 既遵守動量守恒定律又遵守機(jī)械能守恒定律 設(shè)參與碰撞的兩個物體質(zhì)量分別為m1和m2 碰撞前兩個物體的速度分別為v1和v2 碰撞后兩個物體的速度分別為v1 和v2 則由動量守恒定律有 探究一 探究二 注意以下幾種特殊情況 1 當(dāng)m1 m2時 則有v1 0 v2 v1 此關(guān)系說明在碰后實現(xiàn)了動量和動能的全部轉(zhuǎn)移 即兩物體交換了速度 2 當(dāng)m1 m2時 則有v1 v1 v2 2v1 即碰后質(zhì)量為m1的物體速度幾乎不變 質(zhì)量小的物體將以m1的速度的兩倍向前運動 如同子彈碰到塵埃 3 m1 m2 v1 v1 v2 0 碰后質(zhì)量為m1的物體被按原速率彈回 質(zhì)量為m2的物體幾乎不動 如同彈性小球碰到堅硬光滑的地面原速反彈 無論是彈性碰撞還是非彈性碰撞 碰撞過程都是動量守恒 但是機(jī)械能不一定守恒 特別是完全非彈性碰撞 動能損失最大 碰撞后兩物體粘在一起以相同的速度運動或靜止 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖 光滑水平直軌道上兩滑塊A B用橡皮筋連接 A的質(zhì)量為m 開始時橡皮筋松弛 B靜止 給A向左的初速度v0 一段時間后 B與A同向運動發(fā)生碰撞并粘在一起 碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的兩倍 也是碰撞前瞬間B的速度的一半 求 1 B的質(zhì)量 2 碰撞過程中A B系統(tǒng)機(jī)械能的損失 思考問題 開始時橡皮筋松弛 AB碰撞時橡皮筋松弛嗎 系統(tǒng)的機(jī)械能損失轉(zhuǎn)化成了什么 提示 始末狀態(tài)彈性勢能不變 機(jī)械能沒有轉(zhuǎn)化為彈性勢能 而是轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能 系統(tǒng)動量守恒 探究一 探究二 探究一 探究二 規(guī)律總結(jié)處理碰撞問題的幾個關(guān)鍵點 1 選取動量守恒的系統(tǒng) 若有三個或更多個物體參與碰撞時 要合理選取所研究的系統(tǒng) 2 弄清碰撞的類型 彈性碰撞 完全非彈性碰撞還是其他非彈性碰撞 3 弄清碰撞過程中存在的關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 幾何關(guān)系 速度關(guān)系等 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1如圖所示 在光滑水平面上放置A B兩物體 質(zhì)量均為m 其中B物體帶有不計質(zhì)量的彈簧靜止在水平面內(nèi) A物體以速度v0向右運動 并壓縮彈簧 求 1 彈簧壓縮量達(dá)到最大時A B兩物體的速度vA和vB 2 彈簧彈性勢能的最大值Ep 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2兩滑塊a b沿水平面上同一條直線運動 并發(fā)生碰撞 碰撞后兩者粘在一起運動 經(jīng)過一段時間后 從光滑路段進(jìn)入粗糙路段 兩者的位置x隨時間t變化的圖象如圖所示 求 1 滑塊a b的質(zhì)量之比 2 整個運動過程中 兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機(jī)械能之比 探究一 探究二 解析 1 設(shè)a b的質(zhì)量分別為m1 m2 a b碰撞前的速度分別為v1 v2 由題給圖象得v1 2m s v2 1m s 答案 1 1 8 2 1 2 探究一 探究二 爆炸和碰撞問題的比較問題探究汽車在公路上行駛時 駕駛員一定要系上安全帶 你知道安全帶有什么用途嗎 要點提示 汽車安全帶在碰撞時對乘員進(jìn)行約束 避免碰撞時乘員與方向盤及儀表板等發(fā)生二次碰撞 或避免碰撞時乘員沖出車外 探究一 探究二 知識歸納爆炸與碰撞的比較 探究一 探究二 爆炸過程和碰撞過程都可認(rèn)為是系統(tǒng)動量守恒 但是爆炸過程動能增加 碰撞過程動能不增加 只有理想化的彈性碰撞認(rèn)為動能不變 而一般情況下系統(tǒng)動能都是減少的 探究一 探究二 典例剖析 例題2 一輛質(zhì)量m1 3 0 103kg的小貨車因故障停在車道上 后面一輛質(zhì)量m2 1 5 103kg的轎車來不及剎車 直接撞入貨車尾部失去動力 相撞后兩車一起沿轎車運動方向滑行了x 6 75m停下 已知車輪與路面的動摩擦因數(shù) 0 6 求碰撞前轎車的速度大小 重力加速度g取10m s2 解析 由牛頓運動定律 答案 27m s 探究一 探究二 變式訓(xùn)練3 多選 向空中發(fā)射一物體 不計空氣阻力 當(dāng)物體的速度恰好沿水平方向時 物體炸裂為a b兩塊 若質(zhì)量較大的a塊的速度方向仍沿原來的方向 則 A b的速度方向一定與原速度方向相反B 從炸裂到落地這段時間里 a飛行的水平距離一定比b的大C a b一定同時到達(dá)地面D 炸裂的過程中 a b中受到的爆炸力的沖量大小一定相等 探究一 探究二 解析 物體炸裂過程發(fā)生在物體沿水平方向運動時 由于物體沿水平方向不受外力 所以沿水平方向動量守恒 根據(jù)動量守恒定律有 mA mB v mAvA mBvB當(dāng)vA與原來速度v同向時 vB可能與vA反向 另外一種情況是vA的大小沒有確定 題目只講a的質(zhì)量較大 但若vA很小 則mAvA可能小于原動量 mA mB v 這時vB的方向會與vA方向一致 即與原來方向相同 所以選項A錯誤 a b兩塊在水平飛行的同時 豎直方向做自由落體運動 即做平拋運動 落地時間由高度決定 所以選項C是正確的 由于水平飛行距離x v t a b兩塊炸裂后的速度vA vB大小不一定相等 而落地時間t又相等 所以水平飛行距離無法比較大小 所以選項B錯誤 根據(jù)牛頓第三定律 a b所受爆炸力FA FB 力的作用時間相等 所以沖量I F t的大小一定相等 所以選項D是正確的 答案 CD 探究一 探究二 規(guī)律總結(jié) 1 在碰撞過程中 系統(tǒng)的動量守恒 但機(jī)械能不一定守恒 2 在爆炸過程中 系統(tǒng)的動量守恒 機(jī)械能一定不守恒 3 宏觀物體碰撞時一般相互接觸 微觀粒子的碰撞不一定接觸 但只要符合碰撞的特點 就可認(rèn)為是發(fā)生了碰撞 1 2 3 4 1 多選 在光滑水平面上 兩球沿球心連線以相等速率相向而行 并發(fā)生碰撞 下列現(xiàn)象可能的是 A 若兩球質(zhì)量相同 碰后以某一相等速率互相分開B 若兩球質(zhì)量相同 碰后以某一相等速率同向而行C 若兩球質(zhì)量不同 碰后以某一相等速率互相分開D 若兩球質(zhì)量不同 碰后以某一相等速率同向而行解析 光滑水平面上兩小球的對心碰撞符合動量守恒的條件 因此碰撞前 后兩小球組成的系統(tǒng)總動量守恒 碰撞前兩球總動量為零 碰撞后也為零 動量守恒 所以選項A是可能的 若碰撞后兩球以某一相等速率同向而行 則兩球的總動量不為零 而碰撞前的總動量為零 所以選項B不可能 碰撞前 后系統(tǒng)的總動量的方向不同 所以動量不守恒 選項C不可能 碰撞前總動量不為零 碰后也不為零 方向可能相同 所以 選項D是可能的 答案 AD 5 1 2 3 4 2 多選 關(guān)于碰撞的說法 正確的是 A 發(fā)生正碰的系統(tǒng) 總動能一定不變B 發(fā)生正碰的系統(tǒng) 總動能可能減小C 發(fā)生斜碰的系統(tǒng) 總動能一定減小D 發(fā)生斜碰的系統(tǒng) 總動能可能不變解析 無論是發(fā)生正碰還是斜碰 都有彈性碰撞和非彈性碰撞兩種可能 故選項A C錯誤 答案 BD 5 1 2 3 4 3 如圖所示 在光滑水平面上 用等大異向的F1 F2分別同時作用于A B兩個靜止的物體上 已知mA mB 經(jīng)過相同的時間后同時撤去兩力 以后兩物體相碰并粘為一體 則粘合體最終將 A 靜止B 向右運動C 向左運動D 無法確定解析 選取A B兩個物體組成的系統(tǒng)為研究對象 根據(jù)動量定理 整個運動過程中 系統(tǒng)所受的合外力為零 所以動量改變量為零 初始時刻系統(tǒng)靜止 總動量為零 最后粘合體的動量也為零 即粘合體靜止 所以選項A正確 答案 A 5 1 2 3 4 5 4 光滑水平地面上有兩個靜止的小物塊a和b a的質(zhì)量為m b的質(zhì)量為M 可以取不同的數(shù)值 現(xiàn)使a以某一速度向b運動 此后a與b發(fā)生彈性碰撞 則 A 當(dāng)M m時 碰撞后b的速度最大B 當(dāng)M m時 碰撞后b的動能最大C 當(dāng)M m時 若M越小 碰撞后b的速度越小D 當(dāng)M m時 若M越大 碰撞后b的動量越小 1 2 3 4 5 解析 a與b發(fā)生彈性碰撞 由動量守恒定律得 mv0 mv1 Mv2 由機(jī)械 答案 B 1 2 3 4 5 5 爆炸的模型分析 在沙堆上有一木塊 質(zhì)量m0 5kg 木塊上放一爆竹 質(zhì)量m 0 10kg 點燃爆竹后木塊陷入沙中深5cm 若沙對木塊運動的阻力恒為58N 不計爆竹中火藥質(zhì)量和空氣阻力 求爆竹上升的最大高度 解析 火藥爆炸時內(nèi)力遠(yuǎn)大于重力 所以爆炸時動量守恒 設(shè)v v 分別為爆炸后爆竹和木塊的速率 取向上的方向為正方向 由動量守恒定律得mv m0v 0 木塊陷入沙中做勻減速運動到停止 其加速度為 1 2 3 4 5 木塊做勻減速運動的初速度 答案 20m