第1章 5 弹性碰撞和非弹性碰撞-【精彩三年】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

5　弹性碰撞和非弹性碰撞 第一章　动量守恒定律 目录 CONTENTS 教材整体初识 构建与探源 命题整体感知 尝试与研析 01 02 课标要点 学科素养 链接浙江选考 1．通过实验，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。定量分析一维碰撞问题并能解释生产、生活中的弹性碰撞和非弹性碰撞现象。 2．查阅资料，了解太空物体的碰撞和微观粒子的碰撞等相关信息。 3．观察台球碰撞前后的运动情况，尝试用动量知识定性解释 科学思维：理解碰撞的特点，建立碰撞的过程模型。 科学探究：通过小车碰撞前后动能的变化，认识碰撞中的能量转化和守恒 1．掌握碰撞的分类。 2．会应用动量、能量观点分析解决在一条直线上的碰撞问题 教材整体初识 构建与探源 01 1．弹性碰撞：如果系统在碰撞前后________不变，这类碰撞叫作弹性碰撞。 2．对心碰撞：如图所示，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________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。 知识点一　弹性碰撞 对心碰撞 动能 直线 (1)若______________，则有v′1＝0，v′2＝v1。 (2)若______________，则有v′1＝v1，v′2＝2v1。 (3)若______________，则有v′1＝－v1，v′2＝0。 知识点一　弹性碰撞 m1＝m2 m1≫m2 m1≪m2 4．碰撞与爆炸的不同点、相同点 知识点一　弹性碰撞 比较项目 碰撞 爆炸 不同点 碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能，系统的动能不会________　 爆炸过程中往往有化学能转化为动能，系统的动能________ 相同点 时间特点 相互作用时间很短 相互作用力的特点 物体间的相互作用力先急剧增大，然后急剧减小，平均作用力很大 增加 增加 知识点一　弹性碰撞 比较项目 碰撞 爆炸 相同点 系统动量 的特点 系统的内力远大于外力，外力可忽略不计，系统的总动量守恒 位移特点 由于碰撞、爆炸过程是在一瞬间发生的，时间极短，所以，在物体发生碰撞、爆炸的瞬间，可认为物体在碰撞、爆炸后仍在同一位置 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在碰撞现象中，相互作用时间很短。(　　) (2)物体发生碰撞瞬间，可忽略物体的位移。(　　) (3)质量相等的两个物体发生弹性对心碰撞后，交换速度。(　　) 2．思考题：在弹性碰撞过程中，系统的动能一直守恒吗？ 答案：在弹性碰撞过程中，系统的动能与弹性势能相互转化，动能不是一直守恒，但是机械能一直守恒，并且在弹性碰撞前、后动能是相等的。 知识点一　弹性碰撞 √ √ √ 1．非弹性碰撞：如果系统在碰撞后动能________，这类碰撞叫作非弹性碰撞。 2．完全非弹性碰撞：若两个物体碰撞时成为一个整体，即它们相对静止，这样的碰撞叫作完全非弹性碰撞。 (1)若发生完全非弹性碰撞，则碰后具有共同速度，动量守恒，即(m1＋m2)v＝m1v1。 (2)若发生完全非弹性碰撞，则动能损失________。 知识点二　非弹性碰撞 减少 最大 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)发生非弹性碰撞后，系统的动能一定减少。　(　　) (2)系统碰撞后的总能量一定减少。(　　) (3)系统碰撞后的总机械能不增加。(　　) 2．思考题：所有碰撞过程动量都守恒吗？为什么？ 答案：都守恒。碰撞过程中物体的相互作用时间很短，系统的内力远大于外力，外力可忽略不计。 知识点二　非弹性碰撞 √ × √ 命题整体感知 尝试与研析 02 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 角度1：弹性碰撞问题 系统在碰撞过程中，满足动量守恒、机械能守恒，系统内物体之间的作用时间极短。 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 例1 如图所示，A、B是两个用等长细线1、2悬挂起来的大小可忽略不计的小球，mB＝5mA。球B静止，拉起球A，使细线1与竖直方向夹角为30°，由静止释放球A，在最低点球A与球B发生弹性碰撞。不计空气阻力，则关于碰后两小球的运动，下列说法正确的是(　　) C 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 A．球A静止，球B向右运动，且细线2偏角小于30° B．球A向左运动，球B向右运动，且细线2偏角等于30° C．球A向左运动，球B向右运动，细线1偏角大于细线2偏角，且都小于30° D．球A向左运动，球B向右运动，细线1偏角等于细线2偏角，且都小于30° 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 活学活用 [2023·镇海中学检测] 如图所示，小球A的质量为mA＝5 kg，动量大小为pA＝4 kg·m/s，小球A水平向右运动，与静止的小球B发生弹性碰撞，碰后小球A的动量大小为p′A＝1 kg·m/s，方向水平向右，则(　　) A．碰后小球B的动量大小为pB＝3 kg·m/s B．碰后小球B的动量大小为pB＝5 kg·m/s C．小球B的质量为15 kg D．小球B的质量为6 kg A 活学活用 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 角度2：类弹性碰撞问题 系统在类弹性碰撞过程中，满足动量守恒、机械能守恒。与弹性碰撞相比，在类弹性碰撞中，系统内物体之间的作用时间较长。 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 A．小球一定沿水平方向向左做平抛运动 B．小球一定沿水平方向向右做平抛运动 C．小球相对小车可能竖直向下做匀加速直线运动 D．小球相对地面可能做自由落体运动 D 类型一　弹性碰撞与类弹性碰撞问题 活学活用 [2023·温州中学检测] 如图所示，质量为M的滑块静止在光滑的水平面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切，一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来，小球最后未越过滑块，则小球到达最高点时，小球和滑块的速度大小是(　　) A 活学活用 类型二　非弹性碰撞问题 非弹性碰撞：两物体碰后虽然分开，但碰撞过程中系统机械能可能有一部分转化为内能，故系统机械能有一定的损失。 类型二　非弹性碰撞问题 例3 如图所示，冰壶A以1.5 m/s的速度与静止在冰面上的冰壶B正碰，碰后瞬间B的速度大小为1.2 m/s，方向与冰壶A碰前速度方向相同，碰撞时间极短。若已知两冰壶的质量均为20 kg，则下列说法中错误的是(　　) A．冰壶A、B相碰时，冰壶A和冰壶B组成的系统动量近似守恒 B．碰后瞬间冰壶A的速度大小为0.4 m/s C．碰撞过程中，冰壶A对冰壶B的冲量大小为24 N·s D．冰壶A、B碰撞过程是非弹性碰撞 B 类型二　非弹性碰撞问题 活学活用 [2023·泉州一中检测] 甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为(　　) A．3 J　　 B．4 J　　 C．5 J　　 D．6 J A 活学活用 类型三　完全非弹性碰撞问题 完全非弹性碰撞：碰后粘在一起运动，即具有共同速度。 例4 在光滑水平面上，一质量为2 kg的物体a与另一物体b发生正碰，碰撞时间极短，两物体的位置随时间变化的规律如图所示，以物体a碰前速度方向为正方向。下列说法正确的是(　　) A．碰撞后物体a的动量为6 kg·m/s B．碰撞后物体b的动量为2 kg·m/s C．物体b的质量为2 kg D．碰撞过程中物体a对物体b的冲量为6 N·s D 类型三　完全非弹性碰撞问题 活学活用 如图所示，质量为M的车厢静止在光滑的水平面上，车厢内有一质量为m的滑块以初速度v0在车厢地板上向右运动，与车厢两壁发生若干次碰撞，最后相对车厢静止，则车厢的最终速度是(　　) C 活学活用 本课点睛(教师用书独有) 课后请完成高效作业7 碰撞的种类及特点 分类标准 种类 特点 能量是否守恒 弹性碰撞 动量守恒，机械能守恒 非弹性碰撞 动量守恒，机械能有损失 完全非弹性碰撞 动量守恒，机械能损失最大 碰撞前后动量 是否共线 对心碰撞(正碰) 碰撞前后速度共线 非对心碰撞(斜碰) 碰撞前后速度不共线 感谢聆听，再见！ 3．在弹性对心碰撞中，由动量守恒定律得m1v′1＋m2v′2＝m1v1，由机械能守恒定律得m1v′＋m2v′＝m1v，解得v′1＝v1，v′2＝v1。 【解析】 设球A到达最低点的速度为v，在最低点球A与球B发生弹性碰撞后，球A的速度为vA，球B的速度为vB，取向右为正方向，由动量守恒定律可得mAvA＋mBvB＝mAv，由机械能守恒定律可得mAv＋mBv＝mAv2，可得vA＝v＝－v，vB＝v＝v，球A向左运动，球B向右运动，细线1偏角大于细线2偏角，且都小于30°，故选项C正确。 【解析】 规定水平向右为正方向，碰撞过程中小球A、B组成的系统动量守恒，所以有p′A＋pB＝pA，解得pB＝3 kg·m/s，故A正确，B错误；由于是弹性碰撞，所以没有动能损失，故＋＝，解得mB＝3 kg，故C、D错误。 例2 质量为m2的小车静止于光滑的水平面上，小车的上表面和圆周轨道均光滑。如图所示，一个质量为m1的小球以速度v0水平冲向小车，当小球返回左端脱离小车时，下列说法正确的是(　　) 【解析】 在小球滑上小车又返回到离开小车的整个过程，系统在水平方向上动量守恒，取水平向右为正方向，在水平方向上，由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝m1v0，由机械能守恒定律得m1v＋m2v＝m1v， 解得v1＝v0。如果m1<m2，则v1<0，小球离开小车后向左做平抛运动；如果m1＝m2，则v1＝0，小球离开小车后做自由落体运动；如果m1>m2，则v1>0，小球离开小车后向右做平抛运动且小球与小车在水平方向不会共速，则小球不会相对小车向下做自由落体运动，故A、B、C错误，D正确。 A． B． C． D． 【解析】 小球沿滑块上滑的过程中，小球和滑块组成的系统在水平方向上不受外力，因而系统在水平方向上动量守恒，小球到达最高点时和滑块具有相同的对地速度v(若速度不相同，必然相对运动，此时一定不是在最高点)。由系统在水平方向上动量守恒得(M＋m)v＝mv0，所以v＝，故选A。 【解析】 由于碰撞时间极短，内力远大于外力，可知冰壶A、B相碰时，A和B组成的系统动量近似守恒，A正确；冰壶A、B碰撞过程，由动量守恒定律有mvA＋mvB＝mv0，解得vA＝0.3 m/s，B错误；碰撞过程中，根据动量定理，冰壶A对冰壶B的冲量大小I＝mvB＝24 N·s，C正确；碰撞之前系统的动能为mv＝22.5 J，碰撞之后系统的动能为mv＋mv＝15.3 J＜22.5 J，可知，冰壶A、B碰撞过程是非弹性碰撞，D正确。 【解析】 设甲的质量为m，乙的质量为M，碰撞前甲、乙的速度分别为v1和v2，碰撞后甲、乙的速度分别为v3和v4，碰撞过程中动量守恒，则mv3＋Mv4＝mv1＋Mv2，解得M＝6 kg，则碰撞过程两物块损失的机械能ΔE＝mv＋Mv－mv－Mv＝3 J，故A正确，B、C、D错误。 【解析】 由题图可知，碰撞前物体a的速度为v0＝＝ m/s＝4 m/s，碰撞后物体a、b共同的速度为v＝＝ m/s＝1 m/s，则碰撞后物体a的动量为pa＝mav＝2 kg×1 m/s＝2 kg· m/s，故A错误；物体a、b碰撞过程中，由动量守恒定律可得(ma＋mb)v＝mav0，解得mb＝6 kg，故C错误；碰撞后物体b的动量为pb＝mbv＝6 kg×1 m/s＝6 kg·m/s，故B错误；对物体b，由动量定理可得Ib＝mbv－0＝6 kg×1 m/s＝6 N·s，故D正确。 A．0 B．v0，方向水平向右 C．，方向水平向右 D．，方向水平向右 【解析】 选滑块与车厢组成的系统为研究对象，系统在水平方向上不受外力作用，故在水平方向动量守恒，并且最后两者具有共同的速度，规定向右为正方向，由水平方向动量守恒得(M＋m)v＝mv0，所以有v＝，方向水平向右，与v0同向，故C正确，A、B、D错误。 $$