鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞备课ppt课件

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞备课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了不同类型的碰撞，动量守恒动能有损失，弹性碰撞，由以上两式可解得，非弹性碰撞等内容，欢迎下载使用。
碰撞是自然界中常见的现象。物体碰撞后可能的运动状态多种多样，这些不同类型的碰撞中除了系统动量守恒之外，能量变化又有什么特点?本节我们将学习不同类型的碰撞。
碰撞时，因相互作用时间很短，碰撞物体间的作用力远大于外力，系统的动量可认为是守恒的。
但从能量转化角度看，机械能可能有损失。人们根据碰撞中机械能是否有损失，把碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞。
若碰撞过程中系统的机械能守恒，即碰撞前后系统的总动能相等，这种碰撞称为弹性碰撞，又称完全弹性碰撞。通常，分子、原子以及更小的粒子间的碰撞可视为弹性碰撞。
生活中，有些碰撞可视为弹性碰撞，如台球发生碰撞时，动能的损失很小，可忽略不计，通常也将其视为弹性碰撞(图 1-29)。
一般情况下，在碰撞过程中系统的机械能并不守恒，总有一部分机械能损失掉，转化为其他形式的能。物理学中，把这种机械能有损失的碰撞称为非弹性碰撞。非弹性碰撞中，如果碰撞后物体结合在一起，系统的动能损失最大，这种碰撞称为完全非弹性碰撞。
不同类型的碰撞按能量损失的情况分
动量守恒，动能没有损失
m1v1+m2v2=(m1+m2)v,动能损失最大
1.判断碰撞类型，并分析碰撞特点（P,EK） A:两车相撞，并一起运动一段距离 B:子弹打木块，并穿过木块 C:两金属球之间的碰撞
在上节中，对两小球的碰撞进行了初步探究，下面通过对两钢球碰撞的研究，深入探讨弹性碰撞的特点。两个核心特点
弹性碰撞的实验研究实验1:质量相等的两个钢球的碰撞把两个质量相等的钢球并排挂在一起(图1-30)，
球B静止，把球A拉到某一高度释放，球A摆到最低点时与球B正碰。碰撞后球A和球B会怎样运动?实验中，记下球A释放的位置和碰撞后球A和球B摆至最大高度时的位置，改变球A拉起的高度，重复实验。两球质量相等时，碰撞有什么特点?
实验2:质量不相等的两个钢球的碰撞(1)把球A换成质量更大的钢球，球B静止，把球A拉至某一高度释放并与球B正碰，观察碰撞情况。改变球A拉起的高度，重复实验。被碰球质量较小时，碰撞有什么特点?
(2)球A静止，把球B拉至某一高度释放并与球A碰撞，观察碰撞情况。改变球B拉起的高度，重复实验。被碰球质量较大时，碰撞有什么特点?
在实验1中，质量相等的两个钢球相碰撞，碰撞后球A立即停下，而球B几乎摆到球A原来的高度。在实验2中，当被碰球质量较小时，碰撞后4、B两球都向前运动:当被碰球质量较大时碰撞后球 B会反弹而球 A 向前运动。为什么会出现这种情况呢?
设球A和球B的质量分别为 m₁、m₂，碰撞前球A 的速度为v₁，球B静止(图 1-31)，碰撞后球A和球B的速度分别为v₁ ' 、 v₂ ' 。两球的碰撞可视为弹性碰撞，碰撞过程中动量守恒，碰撞前后动能相等。因此
由以上结果可解释探究实验中的结论:当两球质量相等，即 m₁ =m₂ 时,v₁'= 0，v₂'= v₁,碰撞后球A速度为 0，而球B的速度与碰撞前球 4的速度相等。当质量大的球碰质量小的球，即 m₁ > m₂时，v₁'> 0，v₂'> 0，表示碰撞后两球都向前运动。当质量小的球碰质量大的球，即 m₁ < m₂时，v₁'< 0，v₂'> 0，表示碰撞后质量小的球被反弹回来。
弹性碰撞规律在研究微观粒子的碰撞中有着重要的应用。英国物理学家查德威克(1891-1974)在发现中子的过程中，就是应用了弹性碰撞模型，根据实验数据计算出了中子的质量。
两个运动的小球发生弹性碰撞后的速度如图 1-32 所示，在光滑水平地面上有质量为m₁、m₂的两球，分别以速度v₁、 v₂(v₁ > v₂)运动。
两球发生对心弹性碰撞后速度分别为v₁’、 v₂’ 。根据两球在碰撞过程中动量守恒和碰撞前后动能相等，可得
请讨论:(1)当两球质量相等时，两球碰后的速度变化情况;(2)当两球量差异较大且以-0时，两球碰控后的速度变化情况。
非弹性碰撞荐在机械能损失。如游乐场中碰碰车之间发生的碰撞、彗星与木星的碰撞等，都会有机械能的损失，为非弹性碰撞。若碰撞后物体都以共同速度运动，碰撞中机械能损失最大，为完全非弹性碰撞。
损失的机械能转化为内能，ΔE＝Q.
碰撞后合为一体或具有相同的速度
设两者碰后的共同速度为v共，则有m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v共
如图 1-33 所示，打桩机重锤的质量为m₁ ，从桩帽上方某高处由静止开始沿竖直方向自由落下，打在质量为m₂的钢筋混凝土桩子上(包括桩帽)。
锤与桩发生碰撞的时间极短，碰撞后二者以相同速度一起向下运动将桩打入地下。若碰撞前锤的速度为v0 ，求锤与桩所组成的系统碰撞后的动能及碰撞过程中损失的动能。
解决此类问题时，需将实际情境中的碰撞抽象为相应的碰撞模型再从动量、能量的角度，用相关公式求解。在碰撞问题中，由于相互作用时间极短，且外力远小于内力，可认为系统的动量守恒，碰撞过程中物体所发生的位移也可忽略不计，即认为碰撞在原地发生原地结束。
能在熟悉的问题情境中根据实际情况选择弹性碰撞或非弹性碰撞模型解决物理问题;会用系统和守恒的思想分析物理问题，能对综合性物理问题进行分析和推理，获得结论并作出解释;能用证据分析解释弹性碰撞与非弹性碰撞等问题;
能从运动定律、动量守恒、能量守恒等不同角度思考物理问题。--科学思维
如图1-34所示，质量均为m的物体B、C静止在光滑水平面的同一直线上，一质量为 m。的子弹A 以速度v射入物体B并嵌入其中。随后它们与C发生弹性碰撞，求碰撞后 B、C 的速度。
牛顿摇篮图1-35 所示的装置常称为“牛顿摇篮”，让这些球碰撞，可出现有趣的现象若拉起最左端一球，由静止释放，则会把最右端一球撞出，其他球静止不动;若拉起左端两球同时释放，则会把右端两球撞出，其他球静止不动。
请试着拉起更多的球同时释放，看看撞击后会有怎样的结果若没有“牛顿摇篮”，你还可用质量、体积都相同的多粒玻璃珠按照如图1-36所示的方法试一试。
当将一粒玻璃珠弹向一排整齐紧挨的玻璃珠时，最外边的那颗玻璃珠会被弹出你能解释出现这些现象的原因吗?
碰撞的规律:1. 遵循动量守恒定律:内力远大于外力.2. 能量不会增加.只有弹性碰撞的动能守恒.3. 物体位置不突变.但速度可以突变.(碰撞过程两物体产生的位移可忽略)4. 碰撞只发生一次.在没有外力的情况下,不是分离就是共同运动.
1.质量相等的两小球以相同的速率相向运动，发生正碰后都以原速率向相反方向运动。这属于什么碰撞?为什么?这种碰撞属于弹性碰撞，弹性碰撞的三个条件:
2.我国女子短道速滑队多次在国际大赛上摘金夺银，为祖国赢得荣誉。在某次3000 m接力赛中,“接棒” 的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面，并且开始向前滑行。待乙追上甲时，猛推甲一把，使甲获得更大的速度向前冲出，如图所示。
在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用，则A.甲对乙的冲量一定等于乙对甲的冲量B.甲、乙的动量变化一定大小相等、方向相反C.甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量D.甲和乙组成的系统机械能守恒
3.质量为1 kg 的物体 在光滑水平面上以6m/s 的速度与质量为 2kg、速度为2 m/s 的物体B发生正碰。碰撞后4、B 两物体的速度可能值为
5.沙摆是一种用来测量子弹速度的简单装置。如图所示.
将质量为M的沙箱用长为l的细绳悬挂起来，一颗质量为m的子弹水平射入沙箱(未穿出)，使沙箱发生摆动。测得沙箱最大摆角为α，求子弹射击沙箱时的速度。请陈述这样测试的原理。
6.如图所示，光滑水平直轨道上两滑块A、B 用橡皮筋连接，A的质量为 m。
(2)碰撞过程中A、B系统机械能的损失。以A、B系统为研究对象,对全过程取v0的方向为正方向,由动量守恒定律得mv0 =(m + M) v根据能量守恒定律得
1.如图所示，某同学要把压在水杯下的纸抽出来。第一次他将纸迅速抽出，水杯几乎不动;第:二次他将纸较慢地抽出，水杯却被拉动了。请解释此现象。物体动量的改变取决于合力冲量的大小,在水平方向上,第一次水杯受到的是滑动摩擦力,
一般来说大于第二次受到的静擦力,但第一次作用时间极短,摩擦力的冲量很小,因此水杯没有明显的动量变化,几乎不动。第二次摩擦力虽然较小,但它的作用时间长,摩擦力的冲量大,因此水杯会有明显的动量变化,即被拉动。
2.一位质量为 m 的运动员由下蹲状态向上起跳，经时间t，身体伸直并刚好离开地面，速度为。在此过程中，地面对他的支持力的冲量及所做的功分别为
3.半径相等的两小球a和b，在光滑水平面上沿同一直线相向运动并发生正碰。若球a的质量大于球b的质量，碰撞前两球的动能相等，
碰撞后两球的运动状态可能是A.球a的速度为0,球b的速度不为 0B.球b的速度为0,球a的速度不为 0C.两球的速度均不为 0D.两球的速度方向均与原方向相反，动能仍相等
4.蹦床运动有“空中芭蕾”之称。某次蹦床比赛中，质量为m的运动员从最高点自由下落h后触碰蹦床。此后，经时间1运动员达到最低点。若在此过程中蹦床给运动员的作用力始终竖直向上，该时间段内蹦床对运动员的平均作用力大小为多少?
以运动员为研究对象,受力分析如图所示。
5.A、B 两物体沿同一直线相向运动。物体A的速度大小是6m/s，物体B的速度大小是2 m/s,碰撞后两物体都沿各自原方向的反方向运动，速度大小都是4m/s。求 A、B 两物体的质量之比。
6.如图所示，质量为 m的子弹，以水平初速度v0射入静止在光滑水平面上质量为M的长木块内，并嵌入其中。若木块对子弹的平均阻力为f,求子弹射入木块的深度。
7.如图所示，静置于水平地面的两辆手推车沿一直线排列，质量均为m，人在极短的时间内给第辆车一水平冲量使其运动，
当车运动了距离l时与第二辆车相碰，两车以共同速度又运动了距离l时停止。车运动时受到的摩擦阻力恒为车所受重力的飞倍，重力加速度为8，丰与丰之间仅在碰授时发生相互作用，碰授时间很短，忽略空气阻力。求人给第-辆车水平冲量的大小。
*8.英国物理学家查德威克通过实验测出某种不带电的“未知粒子”的质量几乎与质子的质量相等，进而发现这就是中子。其测量思路是:通过该粒子与其他已知原子核发生弹性碰撞，测量碰撞后原子核的速度，可间接测出该粒子的质量。
测量结果如下:用初速度一定的该粒子与静止的氢原子核碰撞后，氢原子核的最大速度是 3.3×107 m/s;该粒子与静止的氮原子核碰撞后，氮原子核的最大速度是 4.7×106ms。已知氮原子核的质量mN是氢原子核质量mH 的14倍。试计算该“未知粒子”的质量m(用mH表示)。
9.有研究者用下列方式验证动量守恒定律:如园(a)所示，
在气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A和B相对的侧面皆有弹簧片，滑块A左侧与连接打点计时器的纸带相连，滑块B上端固定有遮光片，光电计时器可记录遮光片通过光电门的时间。
实验测得滑决A的质量m=0.310kg，滑决B的质量m:=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm;打点计时器所用交流电源的频率厂=50Hz:将光电门固定在滑决B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与滑块B相碰撞;碰后光电计时器显示的时间Δt=3.500ms，
碰撞前后打出的纸带如图(b)所示:
10.杂技表演中，在一个平躺的人身上压一块大而重的石板，另一人以大锤猛力击石，石裂而人未伤。请解释原因。有人建议用很厚的棉被代替石板，从而使冲击力减小而更加安全。你认为这样可行吗?请说明理由
因为M>m,所以v‘很小,即石板基本不动所以对人的伤害很小。若换用棉被代替石板,因为棉被的质量较小,由上述的分析可知,棉被不可能不动,所以对人的冲击力很大,这样不可行。
11.如图所示，一对杂技演员(都视为质点)乘秋千(秋千绳处于水平位置)从点A由静止出发绕点0下摆当摆到最低点B时，
女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，然后自己刚好能回到高处A。已知男演员质量m 和女演员质量m,之比为2:1，秋千的质量不计，
12.请根据第1章(动量及其守恒定律)的内容，结合你的理解，画出概念图
1.如图所示，篮球运动员接传来的篮球时，通常要先伸出两臂迎接，手接触到球后，两臂顺势缩回将球引至胸前，这样做可以A 减小篮球的动量的变化量C.减小篮球的动量的变化率B.减小篮球对手的作用力的冲量D 减小篮球的动能的变化量
2.将质量为 1.00 kg的火箭模型点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度在很短时间内从火箭喷口喷出。若忽略燃气喷出过程中的重力和空气阻力作用，在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为（ ）B.30 kg·m/s B.5.7×102 kg·msD. 6.3 ×102kg·m/s C.6.0×102kg·m/s
3.质量相同的甲、乙两人站在光滑的冰面上，甲的手中拿有一个球。甲将球抛给乙，乙接到后，又抛给甲，如此反复多次，最后球落在乙的手中。此时甲、乙两人的速率关系是甲、乙两人遠率相等 B. 甲速率大C.乙速率大D.两人仍保持静止状态
4.一兴趣小组利用玩具小车进行实验。如图所示，在质量为 M的小车中用细线挂一质量为 m。的小球。小车和小球以恒定的速度u沿光滑水平地面运动，与位于正对面的质量为 m 的静止物体发生碰撞，碰撞时间极短，在此确撞过程中，可能发生的情况是
A.小车、物体、小球的速度都发生变化，三者构成的系统动量守恒，机械能守恒B.小车、物体、小球的速度都发生变化，三者构成的系统动量守恒，机械能不守恒C.小球的速度不变，小车和物体构成的系统动量守恒，机械能守恒D.小球的速度不变，小车和物体构成的系统动量守恒，机械能不守恒
5.如图所示，光滑水乎地面上的P、Q两物体质量都为m，P以速度v向右运动，Q静止且左端有一轻弹簧。当P撞上弹簧，弹簧被压缩至最短时A.P、Q系统总动量仍然为 mv B.P的动量变为 0C. Q的动量达到最大值D.P、Q 的速度相等
二、非选择题6.用如图所示的“碰撞实验器”可研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，进而验证动量守恒定律。
(1)图中点O是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。实验时，先让球m 多次从斜轨上位置S由静止释放，找到其落点的平均位置尸，测量平抛射程OP。然后，把球m静置于轨道末端的水平部分，再将球m从斜轨上位置S由静止释放，与球m碰撞如此重复多次。
接下来要完成的必要步骤是A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量小球 m,开始释放时的高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到 m1、m2碰撞后平均落点的位置 M、NE.测量平抛射程 OM、ON
(2)若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为。______________________[用(1)中测量的量表示](3)经测定， m1 =45.0g, m2 =7.5g，小球落点的平均位置距点O的距离 OM=35.20 cm、OP=44.80cm、ON=55.68cm。
7.如图所示，某同学在练习用头颠球。若足球被头顶起，每次上升高度都约为30cm，足球的质量为 420 g，球与头的作用时间为0.1s。不计空气阻力，取重力加速度g=10 m/s2求足球对该同学头部的平均作用力大小。
8.如图所示，两质量分别为m和 M的弹性小球A、B叠放在一起，从高度为h处自由下落h远大于两小球半径，落地瞬间球B先与地面碰撞，后与球A碰撞。所有碰撞都视为弹性碰撞且都发生在竖直方向上，碰撞时间均很短。求球A能上升的最大高度.