第一章 第5节 弹性碰撞和非弹性碰撞（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

第5节　弹性碰撞和非弹性碰撞 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 掌握弹性碰撞、非弹性碰撞的特点。 会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。 应用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决典型的碰撞问题，推导两个小球在弹性碰撞后的速度表达式。 运用动量守恒与能量守恒定律解决与生产、生活相关的实际问题，培养勇于探索的精神。 [对应学生用书P26] 一、弹性碰撞和非弹性碰撞 1．弹性碰撞：系统在碰撞前后动能不变的碰撞。 2．非弹性碰撞：系统在碰撞后动能减少的碰撞。 3．实例：(1)钢球、玻璃球碰撞时，动能损失很小，它们的碰撞可看作弹性碰撞； (2)橡皮泥球之间的碰撞、碰撞后两物体粘在一起运动的碰撞均为非弹性碰撞。 二、弹性碰撞的实例分析 1．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同一条直线上，碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线，这种碰撞称为正碰，也叫作对心碰撞或一维碰撞。 2．弹性正碰实例分析 (1)问题情境 如图所示，质量为m1的物体以速度v1与原来静止的质量为m2的物体发生弹性正碰，碰后它们的速度分别为v1′和v2′。 ↓ 　　　　　　　　　　　 (2)碰撞过程遵循的规律 ①系统动量守恒：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。 ②系统没有动能损失：m1v12＝m1v1′2＋m2v2′2。 (3)碰撞后两物体的速度 v1′＝v1，v2′＝v1。 (4)结果分析讨论 ①若m1＝m2，则v1′＝0，v2′＝v1，简记为“质量相等，交换速度”； ②当m1>m2时，v1′>0，v2′>0，且v2′>v1′，当m1≫m2时，v1′＝v1，v2′＝2v1； ③当m1<m2时，v1′<0，v2′>0，当m1≪m2时，v1′＝－v1，v2′＝0。 1.(物理与体育)规范的台球比赛，所用的每一个球的质量必须相等且材质坚硬结实。在一次世界台球公开赛中，某运动员用白色主球对心击中红球，如图所示，请判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)发生碰撞的两球，动量是守恒的。(　　√　　) (2)发生碰撞的两球，机械能一定是守恒的。(　　×　　) (3)若在红色球上粘上强力双面贴，碰撞后两球粘在一起，动量一定不守恒，机械能损失最大。(　　×　　) (4)两球发生碰撞的过程中，两物体组成的系统机械能可能增加。(　　×　　) 2．(教材拓展P24)“科学方法” “抽象与概括”是物理学中抽象思维能力的一种，要求我们在认识世界的过程中，去粗取精，去伪存真，应用此方法去探索真理。 [对应学生用书P27] 探究点一___弹性碰撞和非弹性碰撞 碰撞是我们日常生活中常见的现象，如台球桌上台球的碰撞(图甲)，汽车碰撞测试中两车的相向碰撞(碰撞后均静止)(图乙)等，请从动量和能量的角度分析这两种现象。 [问题设计] (1)这些碰撞有哪些相同点？ (2)这些碰撞有哪些不同点？ 提示：(1)相同点是碰撞过程持续时间极短，此过程中内力远大于外力，碰撞满足动量守恒； (2)不同点是碰撞过程中机械能损失有多有少，图甲损失的机械能相比碰撞前的机械能占比较小，图乙损失的机械能相比碰撞前的机械能占比较大。 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)作用力特点：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，但外力可以忽略，系统的总动量守恒。 (4)位移特点：碰撞过程是在一瞬间发生的，时间极短，在物体发生碰撞的瞬间，可忽略物体的位移，认为物体在碰撞前后仍在同一位置。 (5)能量特点：碰撞过程系统的总动能不增加，即碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek′满足Ek≥Ek′。 2．碰撞的广义理解 物理学里所研究的碰撞，包括的范围很广，只要通过短时间作用，物体的动量发生了明显的变化，都可视为碰撞。例如：两个小球的撞击，子弹射入木块，系在绳子两端的物体将松弛的绳子突然拉直，铁锤打击钉子，列车车厢的挂接，中子轰击原子核等均可视为碰撞问题。需要注意的是必须将发生碰撞的双方(如两小球、子弹和木块、铁锤和钉子、中子和原子核等)包括在同一个系统中，才能对该系统应用动量守恒定律。 3．碰撞的分类 (1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒。 (2)非弹性碰撞：系统动量守恒，机械能减少，损失的机械能转化为内能。 (3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，机械能损失最大。 【例1】 (多选)在两个物体碰撞前后，下列说法可以成立的是(　　) A．作用后的总动能比作用前小，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