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优秀ppt课件

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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……
特点：时间很短，作用力很大，运动状态变化很大。内力远大于外力，所以碰撞过程可以认为动量守恒。
有些碰撞碰后分开，有些碰撞碰后粘在一起；有些碰撞沿一条直线，有些碰不在一条直线上；有些碰撞过程可能机械能守恒，有些过程机械能可能不守恒……那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的呢？
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
(1)特点：碰撞过程中机械能守恒的碰撞
问题1:如何探寻两球碰撞前后有无机械能损失？
问题2:光滑水平面上，两个物体的质量都是m,碰撞以前一个物体静止,另一个以速度v向它撞去.碰撞以后两个物体粘在一起,成为一个质量为2m的物体,以速度v’继续前进。
碰撞前系统总动能：
(1)特点：碰撞过程中机械能损失最大
(1)特点：碰撞过程中有机械能损失
碰撞过程中能量与形变量的演变——碰撞过程的“慢镜头”
情景1——动碰静：物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生弹性碰撞，碰撞后它们的速度分别为v1’和v2’ 。用m1、m2、v1表示v1’和v2’ 的公式。
结论：(1)当m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1(质量相等，速度交换)(2)当m1＞m2时，v1′＞0，v2′＞0，且v2′＞v1′(大碰小，一起跑)(3)当m1＜m2时，v1′＜0，v2′＞0(小碰大，要反弹) (4)当m1≫m2时，v1′＝v0，v2′＝2v1(极大碰极小，大不变，小加倍)(5)当m1≪m2时，v1′＝－v1，v2′＝0(极小碰极大，小等速率反弹，大不变)
情景2——动碰动：若在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B，以初速度v1、v2运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为v1’和v2’ 分别是多大？
思考：若v2=0时，结论与前面的是否相同？
(1)动量守恒：即p1＋p2＝p1′＋p2′.(2)动能不增加：即Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′.(3)速度要合理①若碰前两物体同向运动，则应有v后>v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v前′≥v后′。②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
1.对心碰撞——正碰：
2.非对心碰撞——斜碰：
碰前运动速度与两球心连线处于同一直线上
碰前运动速度与两球心连线不在同一直线上
1.弹簧处于最长(最短)状态时，两物体速度相等，弹性势能最大：（1）动量守恒： （2）最大弹性势能：
2.弹簧处于原长时，弹性势能为零，动能守恒：（1）动量守恒：（2）动能守恒：
木板放在光滑的水平地面上
结论:机械能的减少量等于摩擦力与相对位移的积
(1)最高点：m与M有共同的水平速度，且m不可能从此处离开轨道，系统水平方向动量守恒，系统机械能守恒。
(2)m与M分离点，水平方向上动量守恒，系统机械能守恒
五、滑块—圆弧槽（斜面）模型
碰撞后两物体连在一起运动的现象。
【典例1】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。
【典例2】（多选）质量分别为m1和m2的两个物块在光滑的水平面上发生正碰，碰撞时间极短，其x-t图像如图所示，则下列判断正确的是（　　）A．两物块的质量之比m1：m2=1：3B．两物块的质量之比m1：m2=1：2C．两物块碰撞后粘在一起D．此碰撞一定为弹性碰撞
【典例3】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
【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。
【典例4】(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
【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。