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授课课件ppt

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掌握简谐运动振幅的物理意义。 
生活中存在着各种碰撞现象
碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态……物体碰撞中动量的变化情况，前面已进行了研究。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？
物体碰撞时，通常作用时间很短，相互作用的内力很大，因此，外力往往可以忽略不计，满足动量守恒条件。下面我们从能量的角度研究碰撞前后物体动能的变化情况，进而对碰撞进行分类。
如图滑轨上有两辆安装了弹性碰撞架的小车，它们发生碰撞后改变了运动状态。测量两辆小车的质量以及它们碰撞前后的速度，研究碰撞前后总动能的变化情况。
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
研究小车碰撞前后的动能变化
研究两辆小车碰撞前后总动能的变化情况
定义：相对运动的物体相遇，在极短时间内，通过相互作用，运动状态发生显著变化的过程叫碰撞。特点：1.相互作用时间极短；2.在极短时间内，内力从零变到极大又 迅速变为零，其平均值很大；3.碰撞过程中系统所受合外力为零或者远远小于内力；4.碰撞过程两物体产生的位移可忽略，可认为碰撞前后物体处于同一位置系统的动量是守恒的；
1．弹性碰撞：如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。2．非弹性碰撞：如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。
弹性碰撞和非弹性碰撞：
【课内练习】1、如图，在光滑水平面上，两个物体的质量都是m，碰撞前一个物体静止，另一个以速度v 向它撞去。碰撞后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m 的物体，以一定速度继续前进。碰撞后该系统的总动能是否会有损失？
分析： 可以先根据动量守恒定律求出碰撞后的共同速度 v′，然后分别计算碰撞前后的总动能进行比较。
二、弹性碰撞的实例分析
如图两个小球相碰，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直线。这种碰撞称为正碰，也叫作对心碰撞或一维碰撞。
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。如图乙、丙所示。
发生弹性碰撞的两个物体，由于质量不同，碰撞后的速度将有哪些特点？
我们假设物体 m1 以速度 v1 与原来静止的物体 m2 发生正碰，如图所示。碰撞后它们的速度分别为 v1′和 v2′。
运动物体与静止物体碰撞
碰撞过程遵从动量守恒定律，据此可以列出包含上述各已知量和未知量的方程：m1 v1 ＝ m1 v1′＋ m2 v2′ （1）弹性碰撞中没有动能损失，于是可以列出另一个方程： m1 v12 ＝ m1 v1′2＋ m2 v2′2 （2）从方程（1）（2）可以解出两个物体碰撞后的速度分别为：v1′＝ （3） v2′＝ （4）我们对几种情况下（3）（4）的结果作一些分析。
若 m1 ＝ m2，这时有:m1 － m2 ＝ 0，m1 ＋ m2 ＝ 2m1。根据（3）（4）两式，得v1′＝ 0 v2′＝ v1 这表示第一个物体的速度由 v1 变为 0，而第二个物体由静止开始运动，运动的速度等于第一个物体原来的速度。若 m1>>m2 ，这时有m1 － m2 ≈ m1 ，m1 ＋ m2 ≈ m1。根据（3）（4）两式，得v1′＝ v1 v2′＝ 2v1这表示碰撞后，第一个物体的速度几乎没有改变，而第二个物体以 2v1 的速度被撞出去.
保龄球比赛中，用大号保龄球击打球瓶时，球与瓶的碰撞就类似这种情况若 m1<< m2，这时有m1 － m2 ≈ － m2， ≈ 0 根据（3）（4）两式，得:v1′＝－ v1 v2′＝ 0
三、碰撞的种类及特点
四、漫步科学—抽象与概括
物理概念是运用抽象、概括等方法进行思维加工的产物。为了揭示事物的本质和规律，往往需要根据研究对象和问题的特点，从研究的目的出发，忽略个别的、非本质的属性，抽取共同的、本质的属性进行研究，这是一种抽象的思维方法。把事物共同的、本质的属性提炼出来，从而推广到同类事物上去，找到事物的共同属性，这是一种概括的思维方法。
在动量概念的建立过程中，物理学家研究了各种各样的碰撞现象，寻找物理量来揭示运动的本质，发现：“每个物体所具有的‘动量’在碰撞后可以增多或减少，但是在碰撞前后系统的这一量值却保持不变”。科学前辈就是在追寻不变量的努力中，通过抽象、概括等方法提出了动量的概念，并通过动量守恒定律建立了自然界的相互联系。
1. 弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。(1) 规律：动量守恒、机械能守恒(2) 能量转化情况：系统动能没有损失2非弹性碰撞：碰撞过程中机械能减小，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。(1) 规律：动量守恒、机械能减小(2) 能量转化情况：系统动能损失3. 完全非弹性碰撞：碰撞后两物体连在一起运动的现象。4. 对心碰撞和非对心碰撞
例1、(单选）质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一条直线、在同一方向上运动，A球的动量pA＝9 kg·m/s，B球的动量pB＝3 kg·m/s。A球追上B球时发生碰撞，则A、B两球碰撞后的动量可能是(　　)A．pA′＝6 kg·m/s，pB′＝6 kg·m/sB．pA′＝8 kg·m/s，pB′＝4 kg·m/sC．pA′＝－2 kg·m/s，pB′＝14 kg·m/sD．pA′＝－4 kg·m/s，pB′＝17 kg·m/s
【答案】：A【解析】：设A、B两球的质量均为m，以A、B为系统，系统受外力之和为零，A、B组成的系统动量守恒，即pA′＋pB′＝pA＋pB＝9 kg·m/s＋3 kg·m/s＝12 kg·m/s，故先排除了D项。A、B碰撞前的动能之和应大于或等于碰撞后的动能之和，即EkA＋EkB≥EkA′＋EkB′；EkA＋EkB＝ ＋ ＝ J＝ J，EkA′＋EkB′＝ ＋ ，将A、B、C三项数据代入又可排除C项。A、B两球碰撞后沿同一方向运动，后面A球的速度应小于或等于B球的速度，即vA′≤vB′，代入数据可排除B项，故A正确。
例2、(单选）在光滑的水平面上有三个完全相同的小球，它们在同一条直线上，2、3小球静止，并靠在一起，1小球以速度v0射向它们，如图所示。设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能值是(　　)A．v1＝v2＝v3＝ v0 B．v1＝0，v2＝v3＝ v0C．v1＝0，v2＝v3＝ v0 D．v1＝v2＝0，v3＝v0
【答案】：D【解析】：两个质量相等的小球发生弹性正碰，碰撞过程中动量守恒，机械能守恒，碰撞后将交换速度，故D正确。
例3、(多选)质量为M的带有 光滑圆弧轨道的小车静止置于光滑水平面上，如图所示，一质量也为M的小球以速度v0水平冲上小车，到达某一高度后，小球又返回小车的左端，则(　　)A．小球以后将向左做平抛运动B．小球将做自由落体运动C．此过程小球对小车做的功为 Mv02D．小球在弧形轨道上升的最大高度为
【答案】：BC【解析】：小球上升到最高点时与小车相对静止，有相同的速度v′，由动量守恒定律和机械能守恒定律有Mv0＝2Mv′， Mv02＝2× ＋Mgh，联立解得h＝ ，D错误；从小球滚上轨道到返回并离开小车，小球和小车组成的系统在水平方向上动量守恒，由于无重力以外的外力做功，系统机械能守恒，此过程类似于弹性碰撞，小车和小球质量相等，作用完成后两者交换速度，即小球速度变为零，之后做自由落体运动，A错误，B、C正确。