第一章 5.碰撞-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

5.碰　撞 【核心素养目标】 物理观念 知道弹性碰撞、非弹性碰撞的概念及特点。 科学思维 理解碰撞的特点，会利用动量守恒与能量观点解决碰撞问题；了解中子的发现过程。 科学探究 滑块碰撞前后动能的变化。 科学态度与责任 能判断一个碰撞是否可能发生；会分析实际生活的一些碰撞问题。 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。 4．碰撞特点：碰撞过程中，动量守恒，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 mv2＝mv′2＋mHv 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。 1．判断正误 (1)在光滑水平面上发生正碰的两个小球，所组成的系统机械能一定是守恒的。(×) (2)两球在光滑水平面上发生非弹性碰撞时，系统动量是守恒的。(√) (3)质量相同的两个小球发生弹性正碰时一定交换速度。(√) (4)发生碰撞的两个物体，机械能是守恒的。(×) (5)碰撞后，两个物体粘在一起，动量是守恒的，但机械能损失是最大的。(√) 2．链接实景 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。 学生用书↓第24页 知识点一　 碰撞的特点及分类 如图所示，两个质量相等的钢球，将一球拉到某位置由静止释放。 (1)若发现碰撞后入射球静止，被碰球上升到与入射球释放时同样的高度，说明了什么？ (2)若碰撞后两球粘在一起，发现两球上升的高度仅是入射球释放时高度的四分之一，说明了什么？ 提示：(1)两球在最低点碰撞时，满足水平方向动量守恒，二者组成的系统水平方向动量守恒，入射球静止，被碰球上升同样的高度，说明该碰撞过程中系统的机械能不变。 (2)碰撞过程中系统的动量守恒，机械能不守恒。 1．碰撞过程的五个特点 时间特点 在碰撞现象中，相互作用的时间很短 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 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 位移特点 碰撞过程发生的时间极短，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 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≥碰撞后总动能Ek′ 2.碰撞的分类 弹性碰撞(碰后分离) 总动量守恒、机械能守恒 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2 (非弹性碰撞碰后分离) 总动量守恒，机械能减少 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ m1v＋m2v＞m1v1′2＋m2v2′2 完全非弹性碰撞(碰后“黏合”) 总动量守恒，机械能损失最大 m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v共 m1v＋m2v＞(m1＋m2)v (2022·南京高二期中)质量分别为m1、m2的两个物体在光滑水平面上正碰，碰撞时间不计，其位移—时间图像(x -t图像)如图所示，由此可以判断(　　) A．m1>m2 B．m1＝m2 C．碰撞为弹性碰撞 D．碰撞为非弹性碰撞 C　[根据x -t图像的斜率表示物体的速度，可知碰撞前m2是静止的，m1的速度为v1＝ ，碰后m1的速度为v1′＝－，m2的速度为v2′＝，以两个物体组成的系统为研究对象，取碰撞前m1的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有m1v1＝m1v1′＋m2v2′，解得m2＝3m1，A、B错误；碰撞前总动能Ek1＋Ek2＝m1v＝m1 ，碰撞后总动能Ek1′＋Ek2′＝m1v1′2＋m2v2′2＝m1，碰撞前后系统机械能守恒，故碰撞是弹性碰撞，C正确，D错误。] 　　特别提醒 处理碰撞问题的三点提醒 (1)选取动量守恒的系统：若有三个或更多个物体参与碰撞时，要合理选取所研究的