高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册5 碰撞课堂教学课件ppt

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册5 碰撞课堂教学课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了动能不变，弹性碰撞，动能减少，非弹性碰撞，动量守恒，能量守恒，同一条直线，－v1，原速率等内容，欢迎下载使用。

必备知识·自主预习储备
知识点一　碰撞的分类1．弹性碰撞：如果系统在碰撞前后_________，这类碰撞叫作_________。2．非弹性碰撞：如果系统在碰撞后_________，这类碰撞叫作___________。提醒　碰后两物体“合”为一体，具有共同的速度，这种碰撞动能损失最大，称为完全非弹性碰撞。体验　1：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)发生碰撞的两个物体，动量是守恒的。(　　)(2)发生碰撞的两个物体，机械能是守恒的。(　　)
知识点二　中子的发现1．发现过程中性粒子与氢核发生弹性正碰，利用_________定律和_________定律，求出了中性粒子的质量，从而发现了中子。
2．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_____，也叫作_____碰撞或一维碰撞。如图所示。
3．弹性正碰特点(1)碰前两物体的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，且v1≠0，v2＝0，碰后两个物体的速度分别为v1′和v2′，则v1′＝____________，v2′＝____________。(2)若m1＝m2的两球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则v1′＝__，v2′＝___，即两者碰后交换速度。
(3)若m1≪m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝_____，v2′＝0。表明m1被反向以_______弹回，而m2仍静止。(4)若m1≫m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝___，v2′＝____。表明m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。思考　质量相等的两小球碰撞后一定交换速度吗？提示：不一定。
体验　2：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)发生弹性正碰的两物体，动量和机械能一定都守恒。(　　)(2)两物体发生碰撞过程中，机械能可能增加。(　　)
3：填空如图所示，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＝2mv0，B的动量pB＝－2mv0。碰前A、B的动量之和为零，根据动量守恒，发生弹性碰撞后A、B的动量之和也应为零，因两滑块发生弹性碰撞，则碰后二者的速度不能为零，故碰后A、B一定反向运动，则A向左运动，B向右运动。[答案]　左　右
关键能力·情境探究达成
考点1　碰撞的特点和规律　考点2　碰撞可能性的判断　
如图为两刚性摆球碰撞时的情景。(1)两球质量相等，将一球拉到某位置释放，发现碰撞后，入射球静止，被碰球上升到与入射球释放时同样的高度，说明了什么？提示：两球在最低点碰撞时，满足动量守恒条件，二者组成系统动量守恒，入射球静止，被碰球上升同样的高度，说明该碰撞过程中机械能不变。
(2)若碰撞后两球粘在一起，发现两球上升的高度仅是入射球释放时的高度的四分之一，说明了什么？提示：碰撞中动量守恒，机械能不守恒。
1．碰撞过程的五个特点(1)时间特点：在碰撞现象中，相互作用的时间很短。(2)相互作用力的特点：在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后急剧减小，平均作用力很大。(3)动量的特点：系统的内力远远大于外力，所以系统即使所受合外力不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒。(4)位移特点：碰撞过程时间极短，在物体发生碰撞瞬间，可忽略物体的位移，认为物体在碰撞前后仍在原位置。(5)能量特点：碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek′满足Ek≥Ek′。
考点1　碰撞的特点和规律
2．碰撞的规律(1)碰撞的种类及遵从的规律
(2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体
角度1　弹性碰撞的分析与计算【典例1】　如图所示，ABC为一固定在竖直平面内的光滑轨道，BC段水平，AB段与BC段平滑连接，质量为m1的小球从高为h处由静止开始沿轨道下滑，与静止在轨道BC段上质量为m2的小球发生碰撞，碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上，且在碰撞过程中无机械能损失。求碰撞后小球m2的速度大小v2。(重力加速度为g)
角度2　非弹性碰撞的分析与计算【典例2】　如图所示，在水平面上依次放置小物块C和A以及曲面劈B，其中A与C的质量相等均为m，曲面劈B的质量M＝3m，劈B的曲面下端与水平面相切，且劈B足够高，各接触面均光滑。现让小物块C以水平速度v0向右运动，与A发生碰撞，碰撞后两个小物块粘在一起又滑上劈B。求：
(1)碰撞过程中系统损失的机械能；(2)碰后物块A与C在曲面劈B上能够达到的最大高度。思路点拨：解此题要注意物块A与C在曲面B的最高点时，三者具有相同的速度。
处理碰撞问题的几个关键点(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。
[跟进训练]1．(角度1)汽车A和汽车B静止在水平地面上，某时刻汽车A开始倒车，结果汽车A撞到了停在它正后方的汽车B，汽车B上装有智能记录仪，能够测量并记录汽车B前面的物体相对于汽车B自身的速度。在本次碰撞中，如果汽车B的智能记录仪测得碰撞前瞬间汽车A的速度大小为v0，已知汽车A的质量是汽车B质量的2倍，碰撞过程可视为弹性碰撞，则碰后瞬间汽车A相对于地面的速度大小为(　　)
2．(角度2)(2021·北京卷)如图所示，小物块A、B的质量均为m ＝ 0.10 kg，B静止在轨道水平段的末端。A以水平速度v0与B碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的竖直高度为h ＝ 0.45 m，两物块落地点距离轨道末端的水平距离为s ＝ 0.30 m，重力加速度g取10 m/s2。求：
(1)两物块在空中运动的时间t；
[答案]　0.30 s　
(2)两物块碰前A的速度v0的大小；
[解析]　设A、B碰后速度为v，水平方向为匀速运动，由s＝vt得v＝1.0 m/s根据动量守恒定律，由mv0＝2mv得v0＝2.0 m/s。
[答案]　2.0 m/s　
(3)两物块碰撞过程中损失的机械能ΔE。
[答案]　0.10 J
判断碰撞过程是否存在的依据1．满足动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′。2．满足动能不增加原理：Ek1＋Ek2≥Ek1′＋Ek2′。
考点2　碰撞可能性的判断
3．速度要符合情景(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，若同向运动，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)如果碰前两物体是相向运动，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。
【典例3】　小球1追碰小球2，碰撞前两球的动量分别为p1＝5 kg·m/s，p2＝7 kg·m/s，正碰后小球2的动量p2′＝10 kg·m/s，两球的质量关系可能是(　　)A．m2＝m1B．m2＝2m1C．m2＝4m1D．m2＝6m1
[跟进训练]3．(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。对于该碰撞之后的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
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)在两个物体碰撞前后，下列说法中可以成立的是(　　)A．作用后的总机械能比作用前小，但总动量守恒B．作用前后总动量均为零，但总动能守恒C．作用前后总动能为零，而总动量不为零D．作用前后总动量守恒，而系统内各物体的动量增量的总和不为零AB　[A为非弹性碰撞，A正确；B为弹性碰撞，B正确；总动能为零时，其总动量一定为零，故C错误；总动量守恒，则系统内各物体动量的增量的总和一定为零，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∶2C．1∶3D．3∶1
C　[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，C正确。]
3．(多选)光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动。两球质量关系满足3mA＝mB，规定向右为正方向，A、B两球的动量均为9 kg·m/s，运动中两球发生碰撞，碰撞后A球的动量变化量为－3 kg·m/s，则(　　)
A．左方是A球B．右方是A球C．碰撞后A、B两球速度大小之比为3∶2D．碰撞后A、B两球速度大小之比为3∶7
AC　[光滑水平面上大小相同的A、B两球发生碰撞，规定向右为正方向，由动量守恒可得ΔpA＝－ΔpB，由于开始时两球的动量相同，而A的质量小于B的质量，所以A的速度大于B的速度，所以左方小球为A球，故A正确，B错误；碰撞后A球的动量变化量为－3 kg·m/s，因此碰后A球的动量为6 kg·m/s，由动量守恒定律可知，碰后B球的动量为12 kg·m/s，由于两球的质量关系为3mA＝mB，那么碰撞后A、B两球速度大小之比为3∶2，故C正确，D错误。]
4.(新情境题，以冰壶运动为背景，考查碰撞问题)如图所示，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，队长王冰玉在最后一投中，将质量为19 kg的冰壶推出，运动一段时间后以0.4 m/s的速度正碰静止的瑞典冰壶，然后中国队冰壶以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．瑞典队冰壶的速度为0.3 m/s，两冰壶之间的碰撞是弹性碰撞B．瑞典队冰壶的速度为0.3 m/s，两冰壶之间的碰撞是非弹性碰撞 C．瑞典队冰壶的速度为0.5 m/s，两冰壶之间的碰撞是弹性碰撞D．瑞典队冰壶的速度为0.5 m/s，两冰壶之间的碰撞是非弹性碰撞
回归本节知识，自我完成以下问题：1．碰撞问题具有什么特点？提示：相互作用时间短，相互作用力大，近似满足动量守恒。2．碰撞问题可分哪些类型？提示：弹性碰撞和非弹性碰撞。3．弹性碰撞的两小球在什么情况下可以交换速度？提示：质量相等的两小球。
阅读材料·拓展物理视野
有趣的“牛顿摇篮”“碰撞”在物理学中表现为两粒子或物体间极短的相互作用。 碰撞前后参与物发生速度，动量或能量改变。完全弹性碰撞妙趣横生、耐人寻味，是很特殊的一类碰撞。
“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。因牛顿摇篮小球碰撞后摆动的样子很像婴儿的摇篮在摆动，所以大家把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(Edme Maritte)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。
问题1．上述的碰撞现象是哪种类型的碰撞？提示：弹性碰撞。2．上述碰撞满足什么规律？提示：满足动量守恒和动能总和不变。