1.5.1 弹性碰撞和非弹性碰撞（授课PPT）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第一册）

5.1 弹性碰撞和非弹性碰撞 第一单元 动量守恒定律 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 掌握弹性碰撞和非弹性碰撞定义。感受动量守恒定律在极短时间作用过程的适用性。 2科学思维： 能分析碰撞过程两物体系统的能量变化。能够有质疑精神，逻辑思维的分析能力，培养建构模型能力。能够推理论证生产生活中的有关现象，并提出创新性实验方案。 3科学探究： 经历对碰撞的探究过程，尝试用科学探究的方法研究物理问题。能在观察和分析中发现问题、提出合理假设；具有设计探究方案和获取数的能力。解释并交流探究成果。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能基于数据的证据和逻辑的推理发表自己的见解。 核 心 素 养 一、驱动问题 郑钦文在2024年巴黎奥运会上夺冠，为祖国又添一枚金牌。她的网球受球拍撞击而改变运动状态。碰撞也是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏……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？ 一、驱动问题 牛顿摆大家并不陌生，它是一种桌面演示小摆件，当然也有人做了很大的。牛顿摆是一种解压神器。在一边扯东一个小球静止释放，仔细观察，你会发现什么有趣的现象？对面有几个小球会被弹起呢？ 点击视频播放 一、驱动问题 2、动量守恒定律成立的条件是什么？ 1、动量守恒定律的内容及表达式是什么？ 如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。 动量守恒定律成立的条件 ： ⑴系统不受外力或者所受外力之和为零； ⑵系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计； ⑶系统在某一个方向上所受的合外力为零，则该方向上动量守恒。 ① P= P’ p1+p2=p1′+p2′ m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′ 系统相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量 ②Δp=0 系统总动量增量为0 ③Δp1=-Δp2 两物体动量增量大小相等、方向相反 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 A B A B 碰前 碰中 碰后 碰撞指的是两个物体在＿＿＿＿＿＿＿内发生相互作用，由于相互碰撞的物体组成的系统，外力通常远小于内力，可以忽略不计，系统在碰撞过程中＿＿＿＿＿ 关于碰撞前和碰撞后的含义 碰撞前指的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ，而不是发生碰撞前的某一时刻. 碰撞后指的是 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ， 而不是发生碰撞后的某一时刻. 即将发生碰撞那一时刻 碰撞刚刚结束的那一时刻 很短的时间 动量守恒 一：碰撞 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 二、实验：探究不同碰撞前后的物体的能量变化情况 1.实验过程演示： 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 2.数据处理（环节一：质量不同装有弹性碰撞架的滑块发生碰撞后分开） 质量m（g） 速度v(cm/s) 次数 A滑块m1 B滑块m2 A碰前v1 B碰前v2 A碰后v'1 B碰后v'2 1 275.5 175.5 56.0 0 12.8 67.3 2 74.7 0 16.5 89.2 3 92.0 0 22.7 108.3 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 2.数据处理（环节一：质量不同装有弹性碰撞架的滑块发生碰撞后分开） 总动能 次数 碰前 碰后 1 0.043 0.002+0.040=0.042 2 0.077 0.005+0.071=0.076 3 0.116 0.007+0.103=0.110 实验结论：在误差允许范围内，碰撞后，系统动能不变 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 2.数据处理（环节二：质量不同且贴有胶布的滑块发生碰撞后不分开） 质量m 速度v 次数 A滑块m1 B滑块m2 A碰前v1 B碰前v2 A碰后v'1 B碰后v'2 1 270.0 168.0 79.0 0 45.8 45.8 2 89.0 0 54.1 54.1 3 142.4 0 87.4 87.4 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 2.数据处理（环节二：质量不同且贴有胶布的滑块发生碰撞后不分开） 总动能 次数 碰前 碰后 1 0.084 0.028+0.018=0.046 2 0.107 0.040+0.025=0.065 3 0.273 0.103+0.064=0.167 实验结论：碰撞后，系统动能减少 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 三、碰撞的分类 碰撞后物体的形变完全恢复，碰撞后系统没有机械能损失，碰撞过程中系统机械能守恒． 1、弹性碰撞： 钢球、玻璃球碰撞时，机械能损失很小，它们的碰撞可以看作弹性碰撞。 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 三、碰撞的分类 2、非弹性碰撞： 汽车之间、橡皮泥球之间的碰撞是非弹性碰撞 碰撞后物体的形变只有部分恢复，系统有部分机械能损失。 3、完全非弹性碰撞 碰撞后两物体一起以同一速度运动．碰撞后物体的形变完全不能恢复，系统机械能损失最大． 1、时间特点：在碰撞过程中，相互作用时间很短( △ｔ→０) ； 2、作用力特点：在碰撞过程中，相互作用力即内力先急剧增大，后急剧减小，平均作用力很大； 3、位移特点：由于碰撞是在瞬间完成的，故可以认为碰撞前后，物体仍在原来的位置，即位移不变。并且，其他与碰撞物体相联系，但不直接参与碰撞的物体，其运动状态仍保持不变。 4、碰撞系统动量的特点： 将碰撞双方包括在同一系统内,系统的总动量（近似）守恒。 5、能量特点： 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 四、碰撞过程的特点归纳： 二、弹性碰撞和非弹性碰撞 五、典例探究 【例1】两个物体的质量都是m,碰撞以前一个物体静止,另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体粘在一起,成为一个质量为2m的物体，以一定的速度继续前进。碰撞后该系统的总动能是否会有损失？ v 静止 m m v’ 2m 根据动量守恒定律： 碰撞后的共同速度： 碰撞前的总动能： 碰撞后的总动能： 可见，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。 三、弹性碰撞的实例分析 丁俊晖在斯诺克比赛中让白球击中一颗红球发生碰撞后，将红球送入球网，为什么白球恰好停下来了？ 一、情景问题 三、弹性碰撞的实例分析 碰撞前 碰撞后 v'1 m1 m2 v'2 v1 m1 m2 v1 m1 m2 v'1 m1 m2 v'2 2.斜碰（非对心碰撞） 碰撞前后物体的运动方向不在同一直线上,如图所示 碰撞前 碰撞后 1.正碰（对心碰撞） 碰撞前后，物体的运动方向在同一直线上。这种碰撞称为正碰，也叫作对心碰撞或一维碰撞。 二、正碰与斜碰 三、弹性碰撞的实例分析 3、动碰静： 物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生弹性碰撞，碰撞后它们的速度分别为v1’ 和v2’ 。请用m1、m2、v1表示v1’ 和v2’ 的公式。 根据动量守恒定律 弹性碰撞机械能守恒 碰撞后两个物体的速度: 三、弹性碰撞的实例分析 碰撞后两个物体的速度: （1）若m1大于m2 ： 则两球碰撞之后将同方向运动； 向右运动； 向右运动； 若m1远大于m2 ，即m2可忽略： 初速度； 2倍初速度； 三、弹性碰撞的实例分析 碰撞后两个物体的速度: （2）若m1小于m2 ： 则两球碰撞之后将反方向运动； 向左运动； 向右运动； 若m1远小于m2 ，即m1可忽略： 原速反弹； 静止不动； 三、弹性碰撞的实例分析 （3）若m1等于m2 ： 则两球碰撞之后将互换速度； 静止不动； 等于小球1的初速度； 碰撞后两个物体的速度: 硬币碰撞实验在这里得到了解释！ 三、弹性碰撞的实例分析 1. 系统动量守恒： 2. 系统动能不增加： 内力远大于外力 机械能守恒或损失 或者 符合实际情况 3. 同向运动相碰： 且 碰后至少有一个物体要反向 （不能再次碰撞） v1 m1 m2 v2 四、碰撞三原则 v1 m1 m2 v2 1.系统动量守恒原则：碰撞前后系统的总动量守恒. 2.动能不增加原则：碰撞后系统的总动能小于或等于碰撞前系统的总动能，即系统的总动能不增加. 3.物理情景可行性原则：若碰后两物体同向运动，则碰撞后后面物体的速度一定小于或等于前面物体的速度（否则碰撞没有结束，还要发生碰撞）. 【例2】 质量相等的 A、B 两球在光滑水平桌面上沿同一直线、同一方向运动，A 球的动量是 7 kg·m/s，B 球的动量是 5 kg·m/s， A 球追上 B 球发生碰撞，碰撞后两球的动量可能值是（ 　 ） A. pAʹ = 6 kg·m/s， pB' = 6 kg·m/s B. pAʹ = 3 kg·m/s， pB' = 9 kg·m/s C. pAʹ =2 kg·m/s， pB' = 14 kg·m/s D. pAʹ = 4 kg·m/s，pB' = 17 kg·m/s A 分析讲解： 碰撞过程动量守恒, 知:A、B、C都满足. ，知:A、B、C也都满足. 总动能不能增加，即 得:只有A正确了 四、碰撞三原则 五、典例分析 【例3】 在气垫导轨上，一个质量为400g的滑块以15cm/s的速度与另一个质量为200g，速度为10cm/s并沿反方向运动的滑块迎面相撞，碰撞后两个滑块粘在一起。 (1)求碰撞后滑块速度的大小和方向. (2)这次碰撞，两滑块共损失了多少机械能？ 解：(1)以400g的滑块的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律 (2)损失的机械能： 四、碰撞三原则 【例4】一 种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度3.3×107m/s.该未知粒子跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s.已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求未知粒子的质量.中子的质量与氢原子核的质量mH有什么关系. 【查德威克发现中子实验】 碰后氮原子核的速度为： 解：设未知粒子质量m，速度v，它与氢和氮原子核碰撞都是弹性的，碰后氢原子核的速度为： 两式联立，解得未知粒子的质量为mH 课堂小结 弹性碰撞和非弹性碰撞 4、微观粒子的碰撞---散射 1、弹性碰撞 3、 对心碰撞和非对心碰撞 ①定义：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。 ②规律：动量守恒、机械能守恒 ③能量转化情况：系统动能没有损失 2、非弹性碰撞 ①定义：碰撞过程中机械能不守恒的碰撞叫做非弹性碰撞。 ②规律：动量守恒，机械能减少 ③能量转化情况：完全非弹性碰撞中系统动能损失最大 课堂反馈 练习1.质量为m速度为v的A球，跟质量为3m的静止B球发生正碰，碰撞可能是弹性，也可能非弹性，碰后B球的速度可能是以下值吗？ （A）0.6v (B)0.4v (C)0.2v 解：B球速度的最小值发生在完全非弹性碰撞情形 由动量守恒： B球速度的最大值发生在弹性碰撞时： 所以，只有0.4v是速度可能值 课堂反馈 练习2.2019年3月16日，世界女子冰壶锦标赛在丹麦锡尔克堡举行，中国队9∶3轻取平昌冬奥会冠军瑞典队，取得开门红。图为比赛中中国运动员在最后一投中，将质量为19 kg的冰壶抛出，运动一段时间后以0.4 m/s的速度正碰静止的瑞典冰壶，然后中国队冰壶以0.1 m/s的速度继续向前滑向大本营中心。若两冰壶质量相等。求： (1)瑞典队冰壶获得的速度。 (2)试判断两冰壶之间的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。 课堂反馈 解析： (1)由动量守恒定律知mv1＝mv2＋mv3，将v1＝0.4 m/s，v2＝0.1 m/s 代入上式得：v3＝0.3 m/s。 (2)碰撞前的动能E1＝mv＝0.08 m，碰撞后两冰壶的总动能E2＝mv＋mv＝0.05 m 因为E1>E2，所以两冰壶的碰撞为非弹性碰撞。 答案：(1)0.3 m/s　(2)非弹性碰撞 课堂反馈 练习3.如图，大小相同的摆球a和b的质量分别为m和3m，摆长相同，并排悬挂，平衡时两球刚好接触，现将摆球a向左拉开一小角度后释放。若两球的碰撞是弹性的，下列判断正确的是(　　) A．第一次碰撞后的瞬间，两球的动能大小相等 B．第一次碰撞后的瞬间，两球的动量大小相等 C．第一次碰撞后的瞬间，两球的速度大小相等 D．第一次碰撞后，两球的最大摆角不相同 课堂反馈 解析：两球在碰撞前后，水平方向不受外力，故水平方向两球组成的系统动量守恒，由动量守恒定律有：mv0＝mv1＋3mv2，两球碰撞是弹性的，故机械能守恒，即：mv＝mv＋·3mv，解两式得：v1＝－，v2＝，可见第一次碰撞后的瞬间，两球的速度大小相等；因两球质量不相等，故两球碰后的动量大小不相等，方向相反，动能也不相等，故AB错误，C正确；两球碰后上摆过程，机械能守恒，故上升的最大高度相等，另摆长相等，故两球碰后的最大摆角相同，故D错误。 本课时结束 感谢观看！ 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 33 Lavf58.28.100 Lavf58.12.100 Lavf58.76.100 Lavf53.24.2 Lavf53.24.2 Lavf53.24.2 $$