第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞（教学课件）物理鲁科版2019选择性必修第一册

鲁科2019 第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞 高中物理选择性必修一 第1章 动量及其守恒定律 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理 碰撞是自然界中常见的现象。 碰撞时，因为相互作用时间很短，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。 B A v1 m1 m2 B A v 例：光滑水平面上，质量为m1的小球A以速度v1与质量为m2的小球B发生正碰，碰后两小球粘合一起运动。问：碰后速度v 碰撞前后机械能会守恒吗？ B A v1 m1 m2 B A v 初动能 未动能 碰撞前后动能不守恒 同一水平面重力势能相同 碰撞前后机械能不守恒 01 不同类型的碰撞 物理学中根据碰撞过程机械能是否损失情况将碰撞分为： 弹性碰撞 非弹性碰撞 和 碰撞过程动能没有损失或可以忽略 碰撞过程动能有损失 例如：微观粒子的碰撞、台球的碰撞等 碰撞后两物体结合在一起，这种碰撞动能损失最大。 完全非弹性碰撞 弹性碰撞的实验研究 实验一：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,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？ 实验二：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？ 弹性碰撞的实验研究 实验一：质量相等的两个钢球的碰撞 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。 现象 为什么会这种现象呢？ 弹性碰撞的实验研究 当被碰球质量较小时，碰撞后A、B 两球都向前运动； 现象 实验二：质量不相等的两个钢球的碰撞 当被碰球质量较大时，碰撞后球B会反弹而球A向前运动。 为什么会这种现象呢？ 设A、B质量分别为m1、m2两球发生弹性碰撞，A撞前速度为v1,分析撞后速度情况。 动量守恒： 动能守恒： ① ② ③ 联立①③两式得 弹性碰撞的规律 弹性碰撞的规律 碰后实现动量和动能的全部转移（即交换了速度） 碰后m1速度几乎没变，仍按原速度运动，质量小物体以m1的速度的两倍向前运动。 碰后m1被按原来速率弹回，m2几乎末动。 1.m1=m2 2.m1>>m2 3.m1<<m2 4.m1＞m2 v1′＞0，v2 ′＞0 碰撞后两球都向前运动。 5.m1＜m2 v1 ′＜0，v2 ′＞0 碰撞后质量小的球被反弹回去。 解得 1球末速度 2球末速度 两个运动的小球发生弹性碰撞后的速度 碰撞规律不难记 两项相加是规律； 1 2 1，2 2 2； 分母都是1+2； 要问v2′ 是多少； 角标互换就可以； 1换2,2换1 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“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？ 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vo,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 设锤与桩碰撞后速度为v,选定竖直向下为正方向。由动量守恒定律得 解得 碰撞后系统的动能 系统损失的动能 由以上表达式可见，在v0和m2一定时，m1越大，碰撞后锤和桩的动能越接近碰撞前锤的动能。因此，在桩不被打坏的前提下，锤的质量越大，打桩的效果越好。 讨论 在该问题中，若知道桩被打进的深度，你能求出泥土对桩的平均阻力吗？ 利用动能定理。 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m0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。 解 设子弹嵌入B后速度为v1,选定水平向右为正方向。由