(讲义)第1章 第5节 弹性碰撞与非弹性碰撞 第6节 自然界中的守恒定律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册(粤教版2019)

第五节　弹性碰撞与非弹性碰撞 第六节　自然界中的守恒定律 1．了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点，能定量分析一维碰撞问题． 2．能从动量守恒定律和能量守恒定律等不同角度思考物理问题． 3．通过实验演示，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点． 1．碰撞的定义和特点 (1)定义：碰撞是指两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生非常大的相互作用． (2)特点：物体组成的系统所受外力远小于内力，且相互作用时间极短，故系统在碰撞过程中动量守恒． 2．碰撞的分类 (1)弹性碰撞：碰撞前后系统的机械能相等的碰撞． (2)非弹性碰撞：碰撞前后系统的机械能不再相等的碰撞． (3)完全非弹性碰撞：碰撞后物体完全不反弹而粘在一起的碰撞．这时机械能损失最大． 3．弹性碰撞举例分析 设质量为m1的小球以速度v1与质量为m2的静止的小球发生弹性碰撞，碰后m1、m2的速度分别为v1′和v2′，由动量守恒和机械能守恒有m1v1＝m1v1′＋m2v2′① ＝m1v1′2＋m2v2′2② 以上两式联立可解得v1′＝v1，v2′＝v1， 由以上两式对弹性碰撞实验研究结论的解释： (1)当m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1，表示碰撞后两球交换速度． (2)当m1＞m2时，v1′＞0，v2′＞0，表示碰撞后两球向前运动．若m1≫m2，v1′＝v1，v2′＝2v1；表示m1的速度不变，m2以2v1的速度运动． (3)当m1＜m2时，v1′＜0，v2′＞0，表示碰撞后质量小的球被反弹回来．若m1≪m2，v1′＝－v1，v2′＝0，表示，m1被反向以原速率弹回，m2仍静止． 4．自然界中的守恒定律 (1)系统：物理学上常将物体及与之相互作用的因素视为一个系统． (2)动量守恒定律的适用范围：动量守恒定律在微观、宏观和宇观都是适用的，是自然界普适的基本定律． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)． (1)弹性碰撞过程中动量守恒、动能不守恒． (×) (2)完全非弹性碰撞，动量守恒，动能也守恒． (×) (3)三种碰撞中，动量都守恒． (√) (4)速度不同的两小球碰撞后粘在一起，碰撞过程中没有动能损失． (×) 2．(多选)下面关于碰撞的理解正确的是(　　) A．碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程 B．在碰撞现象中，一般内力都远远大于外力，所以可以认为碰撞时系统的总动量守恒 C．如果碰撞过程中机械能也守恒，这样的碰撞叫作非弹性碰撞 D．微观粒子的碰撞由于不发生直接接触，所以不满足动量守恒的条件，不能应用动量守恒定律求解 AB　[碰撞过程中机械能守恒的碰撞为弹性碰撞，C错误；动量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一．不仅低速、宏观物体的运动遵守这一规律，而且高速、微观物体的运动也遵守这一规律，D错误．] 3．现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速度v在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞．已知碰撞后，甲滑块静止不动，那么这次碰撞是(　　) A．弹性碰撞　　　　 B．非弹性碰撞 C．完全非弹性碰撞 D．条件不足，无法确定 A　[由动量守恒有3m·v－mv＝0＋mv′所以v′＝2v，碰前总动能Ek＝·3m·v2＋mv2＝2mv2，碰后总动能Ek′＝mv′2＝2mv2，Ek＝Ek′，所以A正确．] 台球比赛中，一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果碰撞之前球的运动速度与两球心不在同一直线上，碰撞过程动量守恒吗？碰撞后的总动量能否直接相加？ 提示：守恒，不能直接相加，因为动量是矢量． 　碰撞过程的特点 1．时间特点：在碰撞、爆炸现象中，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．动量守恒条件的特点：系统的内力远远大于外力，所以系统即使所受合力不为零，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′． 【典例1】　(多选)如图所示，在质量为M的小车中挂着一单摆，摆球质量为m0，小车和单摆以恒定的速度v沿光滑水平地面运动，与位于正前方的质量为m的静止的木块发生碰撞，碰撞的时间极短．在此碰撞过程中，下列情况可能发生的是(　　) A．小车、木块、摆球的速度都发生变化，分别变为v1、v2、v3，满足(M＋m0)v＝Mv1＋mv1＋m0v3 B．摆球的速度不变，小车和木块的速度变为v1和v2，满足Mv＝Mv1＋mv2 C．摆球的速度不变，小车和木块的速度都变为u，满足Mv＝(M＋m)u D．碰撞时间极短，在此碰撞过程中，摆球的速度还来不及变化 BCD　[小车与木块碰撞，且碰撞时间极短，因