第一章 第5节 碰撞(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第5节　碰　撞 核心素养导学 物理观念 理解弹性碰撞与非弹性碰撞的概念及特点。 科学思维 (1)通过实例分析弹性碰撞并知道其不同情况下的结果。 (2)会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。 科学探究 根据相应问题，设计科学探究方案，具备采集和分析数据的能力，探究小车碰撞前后动能的变化。 科学态度与责任 研究生活中的碰撞现象，知道学习物理需要实事求是，有与他人合作的意愿。 一、碰撞的分类 1．弹性碰撞：碰撞过程中，系统总机械能保持不变的碰撞。即碰撞前后两滑块的总动能不变的碰撞称为弹性碰撞，又称完全弹性碰撞。 2．非弹性碰撞：碰撞过程中机械能有损失，碰撞后系统的总机械能小于碰撞前系统的总机械能。 3．完全非弹性碰撞：碰撞后两物体粘在一起，以相同的速度运动，这种碰撞系统机械能损失最大。 碰撞时内力远大于外力，且碰撞时间极短，系统动量可以看作守恒；如两个物体碰撞后结合在一起为完全非弹性碰撞。　　 二、中子的发现 1．1928年，德国物理学家玻特用α粒子去轰击金属铍时，发现有一种贯穿力很强的中性射线。 2．法国物理学家约里奥·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研究这种中性射线，发现了中子。 ,1.判断下列两种碰撞的类型。 (1)滑块碰撞后分开，属于弹性碰撞； (2)滑块碰撞后粘连，属于非弹性碰撞。 2.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？碰撞一定是对心碰撞吗？ 提示：不一定。只有质量相等的两个物体发生对心弹性碰撞(即一维弹性碰撞)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。母球与目标球碰撞时对心碰撞和非对心碰撞都有可能发生。 新知学习(一)|碰撞的分类和理解 [任务驱动] 牛顿摆是由法国物理学家伊丹马略特最早于1676年提出的，如图甲所示，五个质量相同的钢球由等长的吊绳固定，彼此紧密排列。当摆动最左侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，会出现最左侧和中间的三个钢球保持不动，仅有最右边的球被弹出，如图乙所示。请思考为什么？ 提示：质量相等的两个钢球发生弹性碰撞，碰后两球交换速度。　　　　 [重点释解] 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′。 2．碰撞的规律 (1)碰撞的种类及遵循的规律 种类 遵循的规律 弹性碰撞 动量守恒，机械能守恒 非弹性碰撞 动量守恒，机械能有损失 完全非弹性碰撞 动量守恒，机械能损失最大碰后速度相等(或成为一体) (2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体 遵循的规律 动量守恒m1v1＝m1v1′＋m2v2′，机械能守恒m1v12＝m1v1′2＋m2v2′2 碰后结果 v1′＝v1，v2′＝v1 特殊情况 若m1＝m2，则v1′＝0，v2′＝v1 若m1≫m2，则v1′＝v1，v2′＝2v1 若m1≪m2，则v1′＝－v1，v2′＝0 [典例体验] [典例]　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合在一起，求它们共同的速度大小； (2)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)令v1＝50 cm/s＝0.5 m/s， v2＝－100 cm/s＝－1 m/s， 设两物体碰撞后粘合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＝m1v12＋m2v22－(m1＋m2)v2＝ J＝0.135 J。 (3)如果碰撞是弹性碰撞，设碰后两物体的速度分别为v1′、v2′， 由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′， 由机械能守恒定律得 m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2， 代入数据得v1′＝－0.7 m/s，v2′＝0.8 m/s。 [答案]　(1)0.1 m/s　(2)0.135 J 　(3)0.7 m/s　0.8 m/s /方法技巧/ 处理碰撞问题的三点提醒 (1)选取动量守恒的系统：若有三个或更多