第1章 第5节 碰撞（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第5节　碰　撞 课程内容要求 核心素养提炼 1.学会用实验探究碰撞前后动能的变化． 2．知道弹性碰撞和非弹性碰撞． 3．掌握弹性碰撞问题的分析方法，能够用它来解决实际问题． 1.物理观念：弹性碰撞，非弹性碰撞，完全非弹性碰撞． 2．科学思维：建立弹性碰撞、非弹性碰撞的模型，掌握动量、动能相结合的分析方法． 3．科学态度与责任：了解中子发现过程，培养积极探索科学的精神． 1．三种碰撞 (1)弹性碰撞：碰撞过程中，系统总机械能不变． (2)非弹性碰撞：系统在碰撞后的总机械能减少． (3)完全非弹性碰撞：在非弹性碰撞中，两物体碰后粘在一起，以相同的速度运动，是非弹性碰撞中机械能损失最多的一种． 2．常见碰撞的实例 (1)钢球、玻璃球等坚硬的宏观物体的碰撞可近似看作弹性碰撞，汽车追尾的碰撞是非弹性碰撞． (2)微观粒子中，低能电子和分子的碰撞是严格的弹性碰撞，正、负离子碰撞后共同组成分子的过程属于完全非弹性碰撞． [思考] 如图所示，打台球时，各个球的质量和大小相等，当运动的母球与静止的目标球发生碰撞时，这两个球一定交换速度吗？ 提示　不一定．这两个球发生一维弹性碰撞时，系统的总动量和总动能守恒，由此可得mv0＝mv1＋mv2、mv＝mv＋mv，解得v1＝0、v2＝v0，即它们会交换速度． 1．1928年，德国物理学家玻特用α粒子去轰击轻金属铍时，发现了一种贯穿力很强的中性射线． 2．约里奥·居里夫妇用玻特发现的射线去轰击石蜡，结果从石蜡中打出了质子流． 3．1932年，英国物理学家查德威克通过实验数据并用动量守恒定律和能量守恒定律求出中子的质量． 探究点一　碰撞过程遵循的规律及应用 两个小球发生对心碰撞，碰撞过程中两球动量是否守恒？机械能呢？ 提示　两球发生对心碰撞，动量是守恒的，但只有发生弹性碰撞时，动能才守恒． 1．弹性碰撞 质量分别为m1、m2的两个物体发生弹性碰撞时，通常根据动量守恒和机械能守恒列方程组求解其速度，即 (1)动量守恒：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′. (2)机械能守恒：m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2. 2．非弹性碰撞 (1)发生非弹性碰撞时，动量守恒，总机械能有损失． (2)在非弹性碰撞中，两物体碰撞后粘在一起时总机械能损失最多． 在光滑的水平面上，质量为2m的小球A以速率v0向右运动．在小球A的前方O点处有一个质量为m的小球B处于静止状态，如图所示．小球A与小球B发生正碰后均向右运动．小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇，PQ＝1.5PO.假设小球与墙壁之间的碰撞没有能量损失，求： (1)两球在O点碰撞后的速度大小； (2)两球在O点碰撞过程中损失的能量． 解析　设A与B在O点碰撞后，A的速度为v1，B的速度为v2，从在O点碰撞到在P点相遇的时间间隔为t. (1)由碰撞过程中动量守恒得 2mv0＝2mv1＋mv2 由题意可知：OP＝v1t OQ＋PQ＝v2t 又PQ＝1.5PO 解得v1＝v0，v2＝v0. (2)两球在O点碰撞后损失的能量为碰撞前后系统的机械能之差，即 ΔE＝×2mv－ 代入(1)的结果得ΔE＝0. 答案　(1)v1＝v0　v2＝v0　(2)0 [训练1]　如图所示，在水平光滑直导轨上，静止放着三个质量均为m＝1 kg的相同小球A、B、C.现让A球以v0＝2 m/s 的速度向着B球运动，A、B两球碰撞后粘合在一起，两球继续向右运动并跟C球碰撞，C球的最终速度vC＝1 m/s. (1)A、B两球粘合后跟C球相碰前的速度为多大？ (2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？ 解析　(1)A、B两球相碰时动量守恒：mv0＝2mv1 解得A、B两球粘合后跟C球相碰前的速度为v1＝1 m/s. (2)A、B两球与C球碰撞时动量守恒： 2mv1＝mvC＋2mv2 解得A、B两球与C球碰后的速度为v2＝0.5 m/s 两次碰撞过程中损失的动能 ΔEk＝mv－×2mv－mv＝1.25 J 答案　(1)1 m/s　(2)1.25 J 探究点二　碰撞问题的分析与判断 如图所示，五个完全相同的金属球均通过两根等长的细线悬挂起来，它们沿直线排列并彼此邻接，把最左端的小球拉高释放，当它摆下撞击相邻小球后发现最右端的小球摆高，而其余四球不动，你知道这是为什么吗？ 提示　由于碰撞中的动量和机械能都守恒，且小球的质量相等，则相邻的两个小球碰撞后交换速度，因而中间的小球在碰撞的过程中不动． 1．碰撞的特点 (1)时间特点：碰撞过程中，物体相互作用的时间极短． (2)相互作用力特点：即使有外力作用，系统的内力也远大于外力． (3)位移特点：在碰撞过程中，物体的速度在极短的时间内发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于原来位置． 2．碰撞问题的三个原则 (1)动量守恒原则，