2021学年5 弹性碰撞和非弹性碰撞示范课ppt课件

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1.了解弹性碰撞和非弹性碰撞。2.会分析具体实例中的碰撞特点及类型。3.会用动量、能量的观点解决生产生活中与一维碰撞相关的实际问题。
1.弹性碰撞:碰撞前后系统的动能 。2.非弹性碰撞:碰撞后系统的动能 。
知识点一　弹性碰撞和非弹性碰撞
“牛顿摇篮”又名牛顿摆,它是由若干个悬挂在框架上的小球组成(如图所示),小球之间要无缝隙,刚好接触。因小球碰撞后摆动的样子很像婴儿的摇篮在摆动,所以大家给这个实验道具起了一个有趣的名字,叫牛顿摇篮。牛顿摆是由法国物理学家伊丹·马略特最早于1676年提出的。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球,最左边的球将被弹出,并仅有最左边的球被弹出。请问上述的碰撞现象是哪种类型的碰撞?碰撞满足什么规律?
答案:弹性碰撞;满足动量守恒和动能守恒。
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 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 .碰撞或一维碰撞。
知识点二　弹性碰撞的实例分析
2.弹性碰撞的特例分析假设物体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′。
(2)若m1≫m2,则有v1′= ,v2′= 。碰撞后,m1速度几乎不变,m2以2v1的速度被撞出去。(3)若m1≪m2,则有v1′= ,v2′= 。碰撞后,m1以原速率反向弹回,m2仍静止。
m1v1′+m2v2′
答案:小球1与小球2碰撞后交换速度,小球2与小球3碰撞后交换速度,小球3与小球4碰撞后交换速度,最终小球1、2、3静止,小球4以速度v0向右做匀速直线运动。
如图所示,光滑水平面上并排静止着小球2、3、4,小球1以速度v0向右做匀速直线运动,已知四个小球完全相同,小球间发生弹性碰撞,请分析碰撞后各小球的运动情况如何?
要点一　弹性碰撞和非弹性碰撞
碰撞是指发生相向运动或同向运动的物体相遇时,它们的运动状态发生显著变化的物理过程。如图所示,是我们平时常见的碰撞现象。
探究:(1)两物体碰撞过程中,作用时间及位移变化有什么特点?答案:(1)两个物体碰撞时,由于碰撞时间极短,物体发生的位移极小,可认为碰撞前后位置不变。(2)以发生碰撞的两个物体为系统,碰撞前后总动量守恒吗?答案:(2)动量守恒。(3)碰撞过程中,机械能一定守恒吗?有什么特点?答案:(3)机械能不一定守恒;机械能不增加。
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,所以碰撞过程动量守恒。(3)位移特点:碰撞过程发生的时间极短,可认为是在一瞬间发生的,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞、爆炸前后仍在同一位置。(4)能量特点:碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek′满足:Ek≥Ek′。
2.碰撞的分类(1)弹性碰撞:系统动量守恒、机械能守恒。(2)非弹性碰撞:系统动量守恒,机械能减少,损失的机械能转化为内能,ΔE=Ek初总-Ek末总=Q。
[例1] 质量分别为300 g和200 g的两个物体在光滑水平面上相向运动,速度分别为50 cm/s和 100 cm/s。(1)如果两物体碰撞并粘在一起,求它们共同的速度大小;
解析:(1)设v1=50 cm/s=0.5 m/s,v2=-100 cm/s=-1 m/s,两物体碰撞后粘在一起的共同速度为v,由动量守恒定律得m1v1+m2v2=(m1+m2)v,代入数据解得v=-0.1 m/s,负号表示方向与v1的方向相反。
答案:(1)0.1 m/s
[例1] 质量分别为300 g和200 g的两个物体在光滑水平面上相向运动,速度分别为50 cm/s和 100 cm/s。(2)在(1)的情况下求碰撞后损失的动能;
答案:(2)0.135 J
[例1] 质量分别为300 g和200 g的两个物体在光滑水平面上相向运动,速度分别为50 cm/s和 100 cm/s。(3)如果碰撞是弹性碰撞,求两物体碰撞后的速度大小。
答案:(3)0.7 m/s　0.8 m/s
(1)选取动量守恒的系统:若有三个或更多个物体参与碰撞时,要合理选取所研究的系统。(2)弄清碰撞的类型:弹性碰撞、完全非弹性碰撞还是其他非弹性碰撞。(3)弄清碰撞过程中存在的关系:能量转化关系、几何关系、速度关系等。
[即时训练1] (2021·山东烟台期末)如图所示,A、B是两个用等长细线悬挂起来的大小可忽略不计的小球,mB=5mA。B球静止,拉起A球,使细线与竖直方向偏角为30°,由静止释放,在最低点A与B发生弹性碰撞。不计空气阻力,则关于碰后两小球的运动,下列说法正确的是(　 　)A.A静止,B向右,且偏角小于30°B.A向左,B向右,且偏角等于30°C.A向左,B向右,A球偏角大于B球偏角,且都小于30°D.A向左,B向右,A球偏角等于B球偏角,且都小于30°
要点二　碰撞可能性的判断
质量为m1的物体,以速度v1与原来静止的物体m2发生弹性碰撞,如图所示。设碰撞后它们的速度分别为v1′和v2′,碰撞前后的速度方向均在同一直线上。探究:(1)碰后若两球沿同一方向向右运动,v1′能大于v2′吗?答案:(1)不能。(2)碰后两者的动能之和能大于m1原来的动能吗?答案:(2)不能。
碰撞问题遵循的三个原则1.系统动量守恒,即p1+p2=p1′+p2′。
3.速度要符合情境(1)如果碰前两物体同向运动,则后面物体的速度必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v前′≥v后′。(2)如果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零。若碰后沿同向运动,则前面物体的速度大于或等于后面物体的速度,即v前≥v后。
[例2] (多选)质量相等的A、B两球在光滑水平面上,沿同一直线、同一方向运动,A球的动量pA=9 kg·m/s,B球的动量pB=3 kg·m/s,当A追上B时发生碰撞。则碰后A、B两球的动量可能值是(　 　)A.pA′=6 kg·m/s,pB′=6 kg·m/sB.pA′=4 kg·m/s,pB′=6 kg·m/sC.pA′=-6 kg·m/s,pB′=18 kg·m/sD.pA′=4 kg·m/s,pB′=8 kg·m/s
处理碰撞问题的思路(1)对一个给定的碰撞,首先要看动量是否守恒,再看总机械能是否增加,如果增加则碰撞不可能发生。(2)注意碰后的速度关系。
[即时训练2] (2022·吉林长春月考)(多选)如图所示,完全相同的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6 m/s,B球的速度是-2 m/s,不久后A、B两球发生了对心碰撞。对于碰撞之后的A、B两球速度的可能值,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正确的是(　 　)A.vA′=-2 m/s,vB′=6 m/sB.vA′=2 m/s,vB′=2 m/sC.vA′=3 m/s,vB′=1 m/sD.vA′=-3 m/s,vB′=7 m/s
【情境创设】世界女子冰壶锦标赛简称“女子冰壶世锦赛”,是除冬奥会外最高水平的女子冰壶比赛,每年举办一次,由世界冰壶联合会主办。第一届世界女子冰壶锦标赛于1979年在英国苏格兰的伯斯举行。2009年 3月29日,在冰壶世锦赛上中国队以8∶6战胜瑞典队,收获了第一个世锦赛冠军。
【素养训练】在冰壶世锦赛上,甲方运动员将质量为m的冰壶推出,运动一段时间后以0.4 m/s的速度正碰静止的乙方冰壶,然后该冰壶以0.1 m/s的速度继续向前滑向大本营中心。若两冰壶质量相等,则下列判断正确的是(　 　)A.乙方冰壶的速度为0.3 m/s,两冰壶之间的碰撞是弹性碰撞B.乙方冰壶的速度为0.3 m/s,两冰壶之间的碰撞是非弹性碰撞C.乙方冰壶的速度为0.5 m/s,两冰壶之间的碰撞是弹性碰撞D.乙方冰壶的速度为0.5 m/s,两冰壶之间的碰撞是非弹性碰撞
2.现有甲、乙两滑块,质量分别为3m和m,以相同的速率v在光滑水平面上相向运动,发生了碰撞。已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是(　 　)A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞C.完全非弹性碰撞 D.条件不足,无法确定
3.如图所示,质量mA=0.2 kg、mB=0.3 kg的小球A、B均静止在光滑水平面上。现给A球一个向右的初速度v0=5 m/s,之后与B球发生对心碰撞。(1)若碰后B球的速度方向向右为3 m/s,求碰后A球的速度大小;
解析:(1)A、B碰撞过程中系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得mAv0=mAv1+mBv2,解得v1=0.5 m/s。
答案:(1)0.5 m/s
3.如图所示,质量mA=0.2 kg、mB=0.3 kg的小球A、B均静止在光滑水平面上。现给A球一个向右的初速度v0=5 m/s,之后与B球发生对心碰撞。(2)若A、B球发生弹性碰撞,求碰后A、B球各自的速度大小;
答案:(2)1 m/s　4 m/s