高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律5 弹性碰撞和非弹性碰撞图文课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律5 弹性碰撞和非弹性碰撞图文课件ppt，共44页。PPT课件主要包含了不守恒，一维碰撞，探究一碰撞的特点，答案ABC，答案D，答案左右，爆炸与碰撞的对比，答案AC，答案AB，答案C等内容，欢迎下载使用。
5　弹性碰撞和非弹性碰撞
知识点一 　弹性碰撞和非弹性碰撞
1.能否举出生活中碰撞的实例?这些实例都有什么样的特点?
答案:球的撞击、拳击、车的碰撞,甚至人从车上跳下、子弹打入墙壁等现象在一定条件下都可以看作碰撞过程.它们共同的特点是相互作用时间短、作用力变化快、 瞬间位移极小,可忽略,满足动量守恒的条件.
2.碰撞——从能量的角度分类(1)弹性碰撞:如果系统在碰撞前后动能 ,这类碰撞叫作弹性碰撞.(2)非弹性碰撞:如果系统在碰撞后动能 ,这类碰撞叫作非弹性碰撞.(3)完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体或碰撞后具有共同速度,碰撞过程中动量 ,机械能 ,动能损失 .
知识点二　弹性碰撞的实例分析
1.正碰:两个小球相碰,碰撞之前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 .这种碰撞称为正碰,也叫作对心碰撞或 .
和 ,由此可以解出v1‘= ,v2’= .(2)根据m1和m2的关系,分析v1'和v2'的取值情况:①若m1=m2,则v1‘= ,v2’= ,即二者碰后交换速度.②若m1≪m2,则v1‘= ,v2'= ,表明A被反向弹回,而B仍静止.③若m1≫m2,则v1‘= ，v2’= ,表明A的速度几乎没有改变,B以2v1的速度被撞出去.
m1v1=m1v1'+m2v2'
1.发生瞬间碰撞的两个物体,动量是守恒的.( )2.发生瞬间碰撞的两个物体,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.( )4.与静止的小球发生弹性碰撞时,入射小球碰后的速度不可能大于其入射速度.( )5.两球发生弹性正碰时,二者碰后交换速度.( )
1.如图所示,光滑水平面上的两小球发生对心碰撞,碰撞过程中,动量守恒吗?两球的机械能守恒吗?
答案:两球发生对心碰撞,动量是守恒的,但机械能不一定守恒,只有发生弹性碰撞时,机械能才守恒.
2.如图所示,物体A和B放在光滑的水平面上,A、B之间用一轻绳连接,开始时绳子伸直但不绷紧,现突然使A具有水平向右的初速度v0,瞬间A、B达到共同速度.(作用过程绳未断)
答案:两物体组成的系统受到的合外力为0,故动量守恒.作用后两物体以相同的速度运动,机械能损失最大,故机械能不守恒.
(1)物体A和B组成的系统动量是否守恒?机械能是否守恒?
(2)上述物体A和B之间的作用过程可以视为哪一类碰撞?
答案:作用后两物体以相同的速度运动,机械能损失最大,故可视为完全非弹性碰撞.
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所用时间可忽略不计.(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,由于作用时间极短,物体发生的位移极小,可认为碰撞前后物体处于同一位置.2.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'.
(3)速度要符合实际:①若碰前两物体同向运动,则后面物体的速度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,即v前'≥v后',否则碰撞没有结束.②若碰前两物体相向运动,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0.
【典例1】(多选)如图所示,质量相等的A、B两个球,原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动,A球的速度是vA=6 m/s,B球的速度是vB=-2 m/s,不久A、B两球发生了对心碰撞.对于碰撞之后A、B两球的速度的可能值,某实验小组的同学们做了很多种猜测,下面的猜测结果可能出现的是( ) 
A.vA'=-2 m/s,vB'=6 m/s  B.vA'=2 m/s,vB'=2 m/s C.vA'=1 m/s,vB'=3 m/s  D.vA'=-3 m/s,vB'=7 m/s 
【典例2】在光滑水平面上有三个完全相同的小球,它们成一条直线,小球2、3静止,并靠在一起.小球1以速度v0向它们运动,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( )
【典例3】如图所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m,速度大小为2v0,方向向右,滑块B的质量为2m,速度大小为v0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是A向　　　　运动,B向　　　　运动. 
解析:选向右为正方向,则A的动量 pA=m·2v0=2mv0.B的动量pB=-2mv0.碰前A、B的动量之和为0,根据动量守恒,碰后A、B的动量之和也应为0.A、B发生弹性碰撞,碰后A、B均被反向弹回. 
探究二　碰撞(爆炸)过程中的能量问题
如图所示,一枚炮弹在空中飞行,不计空气阻力,当此炮弹的速度恰好沿水平方向时,炮弹炸裂成A、B两块,其中质量较大的A块的速度方向与v0方向相同.
1.在炸裂过程中,A、B所受的爆炸力大小相同吗?可以认为系统动量守恒吗?
答案:爆炸力大小相等.内力远大于外力,可以认为系统动量守恒.
2.爆炸时系统动能的变化规律与碰撞时系统动能的变化规律相同吗?
答案:不同.碰撞时动能可能守恒,也可能有损失;而爆炸时,有其他形式的能转化为系统的动能,系统的动能要增加,但总能量是守恒的.
1.三类“碰撞”模型 (1)子弹打击木块模型. 如图所示,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(不射穿),当子弹相对于木块静止时,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.
(2)连接体模型(用轻弹簧连接).如图所示,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.
(3)板块模型.如图所示,木板B放在光滑的水平面上,物块A以速度v0在木板B上滑行,当A在B上滑行的距离最远时,A、B相对静止,A、B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.
【典例4】(多选)如图所示,水平面上O点的正上方有一个静止物体P.该物体突然炸成a、b两块水平飞出,分别落在A点和B点,且 xOA>xOB.若爆炸时间极短,空气阻力不计,则( ) 
A.落地时a的速度大于b的速度B.落地时a的速度小于b的速度C.爆炸过程中a增加的动能大于b增加的动能D.爆炸过程中a增加的动能小于b增加的动能
【典例5】(多选)如图甲所示,在光滑水平面上的A、B两小球发生正碰.两小球的质量分别为m1和m2.图乙为它们碰撞前后的x-t图像.已知m1=0.1 kg.由此可以判断() 
A.碰前B小球静止,A小球向右运动B.碰后B小球和A小球都向右运动C.m2=0.3 kg D.碰撞过程中系统损失了0.4 J的机械能 
【典例6】如图所示,光滑水平地面上有一足够长的木板,其左端放置可视为质点的物体,该物体的质量为m1=1 kg,木板与物体间的动摩擦因数μ=0.1.二者以相同的初速度v0=0.8 m/s一起向右运动,木板与竖直墙碰撞时间极短,且没有机械能损失.g取10 m/s2. 
(1)如果木板质量m2=3 kg,求碰后物体相对木板滑动的最大距离; (2)如果木板质量m2=0.6 kg,求碰后物体相对木板滑动的最大距离. 
答案:(1)0.96 m　(2)0.512 m 
处理爆炸、碰撞问题的四点提醒(1)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.(2)在爆炸过程中,系统的动量守恒,机械能一定不守恒.(3)在碰撞过程中,系统动量守恒,机械能不一定守恒;在物体与弹簧相互作用的过程中物体与弹簧组成的系统动量、机械能均守恒.(4)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,就可以认为发生了碰撞.
1.(多选)关于两个物体的碰撞,下列说法可以成立的是( )A.碰后的总机械能比碰前的小,但总动量守恒B.碰撞前后总动量均为0,但总动能守恒C.碰撞前后总动能为0,而总动量不为0D.碰撞前后总动量守恒,而系统内各物体的动量变化量的总和不为0
解析:碰后的总机械能比作用前的小,但总动量守恒,为非弹性碰撞,选项A成立.碰撞前后总动量均为0,但总动能守恒,为弹性碰撞,选项B成立.总动能为0时,其总动量一定为0,故选项C不成立.总动量守恒,则系统内各物体动量的变化量的总和一定为0,选项D错误.
2.A、B两物体发生正碰,碰撞前后物体A、B都在同一直线上运动,其位移—时间图像如图所示.由图可知,物体A、B的质量之比为( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.3∶1
解析:由题图知,碰撞前vA=4 m/s,vB=0,碰撞后vA'=vB'=1 m/s,由动量守恒定律可知mAvA+0=mAvA'+mBvB',解得mB=3mA,选项C正确.
3.如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动.两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6 kg·m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量变化量为-4 kg·m/s.则( ) 
A.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5B.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10C.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5D.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10
解析:碰撞后A球的动量变化量为-4 kg·m/s,则B球的动量变化量为4 kg·m/s,所以左方为A球.碰后A球的动量为2 kg·m/s,B球的动量为10 kg·m/s,即mAvA=2 kg·m/s,mBvB=10 kg·m/s,且mB=2mA,所以vA∶vB=2∶5.选项A正确. 
4.如图所示,用长度同为l的轻质细绳悬挂四个半径相同的弹性小球A、B、C、D,它们的质量依次为m1、m2、m3、m4,且满足m1≫m2≫m3≫m4.重力加速度为g.将A球拉起一定角度θ后释放,则D球开始运动时的速度为( )
问题　(1)求在A与墙壁碰撞的过程中,墙壁对A的平均作用力的大小. (2)求A、B滑上圆弧轨道的最大高度.
答案: (1)50 N　(2)0.45 m