1.5 碰撞（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（教科版）

5　碰撞 学习目标 素养提炼 1.知道什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞。 2．了解中子的发现过程。 3．会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。 物理观念：弹性碰撞、非弹性碰撞 科学思维：动量守恒定律解决碰撞问题 科学探究：滑块碰撞前后动能的变化 一、 碰撞的分类 按照碰撞前后两物体总动能是否变化，可将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞两类。 1．弹性碰撞：系统总机械能保持不变的碰撞。 2．非弹性碰撞：系统总机械能减少的碰撞。 3．完全非弹性碰撞：在非弹性碰撞中，如果两物体碰后粘在一起，以相同的速度运动，这种碰撞称为完全非弹性碰撞。 [思考] 　两小球发生对心碰撞，碰撞过程中，两球的机械能守恒吗？ 提示：两球发生对心碰撞，动量是守恒的，但机械能不一定守恒，只有发生弹性碰撞时，机械能才守恒。 二、中子的发现 1．1932年，英国物理学家查德威克发现了中子。 2．中子质量的计算 设中性粒子的质量为m，碰前速率为v，碰后速率为v′，氢核的质量为mH，碰前速率为零，碰后速率为vH，碰撞前后的动量和动能都守恒，则 mv＝mv′＋mHvH mHvmv′2＋mv2＝ 解得vH＝ 同理，对氮原子核的碰撞可解得 vN＝ 由上述两式可得＝ 已知氮核质量与氢核质量的关系为mN＝14mH，查德威克在实验中测得氢核速率和氮核速率的关系是vH＝7.5vN，由此得m＝mH。 [思考] 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射来，已知四个小球完全相同，小球间发生弹性碰撞，则碰撞后各小球的运动情况如何？ 提示：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运动。 要点一　碰撞的特点和分类 [情景探究]　如图所示，打台球时，质量相等的母球与目标球发生碰撞，两个球一定交换速度吗？ 提示：不一定。只有质量相等的两个物体发生一维弹性碰撞时，系统的总动量守恒，总机械能守恒，才会交换速度，否则不会交换速度。 1．碰撞过程的特点 (1)时间特点：碰撞现象中，相互作用的时间极短，相对物体的全过程可忽略不计。 (2)受力特点：在碰撞过程中，系统的内力远大于外力，外力可以忽略，系统的总动量守恒。 (3)位移特点：在碰撞过程中，由于在极短的时间内物体的速度发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置。 (4)能量的特点：碰撞过程系统的动能不会增加，可能减少，也可能不变。 2．碰撞的分类 (1)按碰撞前后机械能是否守恒可分为弹性碰撞和非弹性碰撞。 (2)按碰撞前后速度的方向是否与球心的连线在同一直线上可分为对心碰撞和非对心碰撞。 3．处理碰撞问题的三个原则 (1)动量守恒，即p1＋p2＝p′1＋p′2。 (2)动能不增加，即Ek1＋Ek2≥E′k1＋E′k2。 (3)速度要合理。 ①碰前两物体同向，则v后>v前，碰后，原来在前的物体速度一定增大，且v′前≥v′后； ②两物体相向运动，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1]　质量分别为300 g和200 g的两个物体在无摩擦的水平面上相向运动，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； (2)在(1)的情况下求碰撞后损失的动能； (3)如果碰撞是弹性碰撞，求两物体碰撞后的速度大小。 [解析]　(1)设v1＝50 cm/s＝0.5 m/s， v2＝－100 cm/s＝－1 m/s， 设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。 (2)碰撞后两物体损失的动能为 ΔEk＝×(0.3＋0.2)×(－0.1)2] J＝0.135 J。×0.2×(－1)2－×0.3×0.52＋(m1＋m2)v2＝[－m2v＋m1v (3)如果碰撞是弹性碰撞，设碰后两物体的速度分别为v′1、v′2， 由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2， 由机械能守恒定律得 ，m2v′＋m1v′＝m2v＋m1v 代入数据得v′1＝－0.7 m/s，v′2＝0.8 m/s。 [答案]　(1)0.1 m/s　(2)0.135 J　(3)0.7 m/s　0.8 m/s [规律总结] 处理碰撞问题的技巧 (1)对一个给定的碰撞，首先要看动量是否守恒，其次再看总动能是否减少。 (2)一个符合实际的碰撞，除动量守恒外还要满足能量守恒，注意碰撞完成后不可能发生二次碰撞的速度关系的判定。 (3)要灵活运用Ek＝几个关系式转换动能、动量。pv或p＝、Ek＝或p＝ 针对训练 1．两个球在光滑的水平面上沿直线相向运动，碰撞后两球都静止