1.5 弹性碰撞和非弹性碰撞 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

人教版物理选择性必修一 第一章 动量守恒定律 第五节 弹性碰撞和非弹性碰撞（1） 新课引入 碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态…… 物体碰撞中动量的变化情况，前面已进行了研究。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？ 超弹性碰撞球实验 新课引入 讨论交流 1.小球被弹的很高，说明小球具有的能量大小如何？ 2.实验时，为什么将球叠放在一起，最上面的球就能被弹到很高的位置？ 为了解释这样一个问题，那么这节课我们将从能量的角度来继续研究碰撞问题。 一、碰撞及特点 碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。 （1）时间特点：作用时间极短. （2）作用力特点：作用力先急剧增加，又急剧减小，平均作 用力很大. （3）动量特点：碰撞瞬间发生，内力远大于外力，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，所以，在物体发生碰撞的瞬间，可忽略物体的位移。可以认为物体在碰撞前后仍在同一位置。 （5）能量特点：碰撞过程中，一般伴随着机械能的损失，碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能， 即：Ek1′＋Ek2′≤Ek1＋Ek2。即：总动能不增加 碰撞广义理解：通过短时间相互作用，单个物体动量发生明显变化，都可视为碰撞。例如：两小球撞击、松弛绳子突然拉直、铁锤锤钉子、中子轰击原子核等等。 注意：分析时，需要把碰撞双方包括在同一个系统中！ （6）速度特点：一般情况下，碰撞的两物体彼此不穿透对方，碰撞结束时，速度大的物体在前，速度小的物体在后，或二者速度相同，再或者两物体速度方向相反。不存在后面物体速度大于前面物体速度的情况，这样意味着碰撞还未结束，仍在相互作用的过程中。 二 、碰撞的分类 按碰撞前后轨迹分类 1.对心碰撞：碰撞前后速度都沿同一条直线.也称一维碰撞. v'1 m1 m2 v'2 v1 m1 m2 2.非对心碰撞：碰撞前后速度不沿同一条直线 v1 m1 m2 v'1 m1 m2 v'2 按碰撞前后动能是否变化分类 弹性碰撞:碰撞中只有物体间动能、势能的转化，相互作用前后，系统的动能保持不变。碰撞后能完全恢复原状. 非弹性碰撞:碰撞中有内能或其它形式能的产生，相互作用后，系统的动能减少。碰撞后不能完全恢复原状. 完全非弹性碰撞:两个物体碰撞后结为一体，系统的动能减少最多。 三、碰撞过程分析: A小球初速度为V0，B小球静止,且m A>mB ，在光滑水平面上发生正碰。 V0 V共 F F V2 V1 两球速度相等时最近，系统动能最小，弹性性势能最大. 作用力F先变大后变小; 系统动量守恒，能量守恒. 系统减小的动能先转化为势能，势能又转化为动能. （1）两球间作用力如何变化？ （2）系统动能和弹性势能有什么变化？ （3）什么时候两球相距最近?系统动能和 弹性势能分别有什么特点？ V0 A B 接触阶段：两球对心接近运动 形变产生：两球开始相互挤压 形变最大：速度相同（粘在一起）。 形变恢复：在弹性力作用下两球速度 逐渐不同而分开运动。 分离阶段：两球分离，各自以不同的 速度运动 若在此过程结束，能量损失最大，动能损失最大，属于完全非弹性碰撞 形变恢复，能量守恒，属于弹性碰撞 四、弹性碰撞实例分析——“一动一静弹性碰撞模型” 碰前：m1速度v1，m2静止，碰后：m1速度v'1，m2速度v'2 m2 m1 m1 m2 v1 v1' v2' 动量守恒： 机械能守恒： 解得： 结论： 1.若 m1 = m2，则 等质量物体弹性碰撞交换速度 （如打台球） 2.若 m1 >m2 ,则 大碰小，同向跑 3.若 m1 >>m2 , 则 (极大碰极小，大不变，小 加倍.如铅球撞乒乓球) 4.若 m1 <m2 , 则 小碰大，被弹回 5.若 m1 <<m2 , 则 (极小碰极大，大不变，小等速反弹.（如乒乓球撞铅球). 动碰动弹性碰撞模型 若在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B，以初速度v1、v2运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为v'1和v'2 碰撞过程中系统动量守恒： 弹性碰撞中没有机械能损失： 碰撞后两个物体的速度: 若v2=0时，结论与前面的相同 m2 m1 m1 m2 v1 v1' v2' v2 五、碰撞三原则 动量守恒 动能不增 运动合理 m2 m1 m1 m2 v1 v1' v2' v2