1.5 弹性碰撞与非弹性碰撞 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

第五节 弹性碰撞与非弹性碰撞 一、情景激疑，引入新课 观察与思考 牛顿摆 实验1：用手拉起第一个球，然后释放，观察其余球的运动情况。 前4个球基本不动，最后一个球弹起，而且差不多回到原来的高度。 实验2：在中间两球间夹了一点橡皮泥后，再用手拉起第一个球，然后释放，观察其余球的运动情况。 最后一个球弹起得没有实验1中的高。 2 二、学习致用，总结特点 （一）生活中的碰撞 3 二、学习致用，总结特点 （二）碰撞的特点 1.碰撞过程时间极短，位移极短，可以认为不变。2.在动量变化量一定的情况下，时间极短，产生的相互作用力很大。 3.因两物体碰撞过程相互作用力很大，可以认为系统所受内力远大于外力，符合动量守恒的条件。 思考：碰撞过程满足动量守恒，那是否满足机械能守恒呢？ 4 三、演示实验，得出结论 （一）观察与思考 演示实验1：拉起其中一个钢球静止释放，与质量相等的另一钢球发生碰撞。 演示实验2：在相碰处贴一层双面胶，再将其中一小球拉起，静止释放，与另一小球相碰。 5 三、演示实验，得出结论 （一）观察与思考 1.碰撞前后的瞬间小球具有何种机械能？ 动能和重力势能。 2.如何定性比较机械能的变化？ 实验一：碰撞后一个小球不动，另一个小球基本能上升到原来的高度，机械能守恒。 实验二：碰后两小球粘在一起运动，记下下落高度h1和上升高度h2，发现 ，机械能不守恒。 3.损失的机械能去了哪里？ 内能。 6 三、演示实验，得出结论 （二）弹性碰撞与非弹性碰撞（从能量损失的角度） 1.弹性碰撞（动量守恒、机械能守恒） 两物体碰撞后会发生形变，有时形变很小，我们观察不到。如果形变能完全恢复，则无机械能损失，这种碰撞叫弹性碰撞。 2.非弹性碰撞（动量守恒、机械能不守恒） 若形变不能完全恢复，将有机械能损失，这种碰撞为非弹性碰撞。 3.非弹性碰撞（动量守恒、机械能不守恒） 若两球碰后粘在一起，损失机械能最大，叫完全非弹性碰撞。 7 三、演示实验，得出结论 （二）弹性碰撞与非弹性碰撞 列举一些非弹性碰撞的例子，并说说损失的机械能去了哪里？ 汽车相撞 子弹打物体 8 三、演示实验，得出结论 （三）正碰与斜碰（从运动轨迹的角度） 1.正碰 如图甲，两球碰撞前的运动速度与两球心的连线在同—条直线上，碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线，这种碰撞称为正碰，也叫对心碰撞。 2.斜碰 如图乙，两球碰撞前的运动速度与两球心的连线不在同—条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线。这种碰撞称为斜碰，也叫非对心碰撞。 高中阶段只研究正碰 9 三、小组合作，总结规律 【例题1】质量为m2的物体B静止在光滑水平面上，物体B的左端连有轻弹簧，质量为m1的物体A以速度v1向B运动。在Ⅰ位置，物体A与物体B的轻弹簧刚好接触，弹簧开始被压缩，物体A开始减速，物体B开始加速；在Ⅱ体置，物体A、B的速度刚好相等（设为v）,弹簧被压缩到最短；到Ⅲ位置，物体A、B的速度分别为 、 。分三种情况讨论全过程系统动量与能量变化。 探究一：在Ⅲ位置，弹簧可以恢复原长。探究二：在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长。探究三：在Ⅲ位置，弹簧弹性失效。 通过弹簧将小球的微小形变放大 10 三、小组合作，总结规律 思考： 1.利用手中两物块与弹簧，重现运动情景，是否动量守恒？ 2.弹簧是否恢复原长与机械能是否守恒有什么关系？三种情况分别属于什么碰撞？ 3.碰撞过程中能量如何转化？（重点） 4.能否列出相应的表达式并求解。 11 三、小组合作，总结规律 探究一：在Ⅲ位置，弹簧可以恢复原长。 分析：弹簧发生弹性形变，在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长。Ⅰ→Ⅱ，系统减 少的动能全部转化为弹性势能；在Ⅱ位置，系统动能最小而弹性势能最 大；Ⅱ→Ⅲ，系统减少的弹性势能全部转化为动能；因此在Ⅰ、Ⅲ位置， 系统动能相等。这属于弹性碰撞。 求解得： 12 三、小组合作，总结规律 探究二：在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长。 分析：弹簧发生塑性形变，在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复。Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能部分转化为弹性势能，部分转化为内能。在Ⅱ位置，系统动能仍和探究一相同，弹性势能仍最大，但比探究一小，因为有部分转移到了内能；Ⅱ→Ⅲ，系统减少的弹性势能部分转化为动能，部分转化为内能；因此，全过程系统的动能有损失。这属于非弹性碰撞。 13 三、小组合作，总结规律 探究三：在Ⅲ位置，弹簧完全不能回到原长。 分析：弹簧完全失效。Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能全部转化为内能。在Ⅱ位置，系统动能仍和探究一相同，但无弹性势能；由于没有弹性势能，A、B不再分开，以速度v共同运动，不再有Ⅱ→Ⅲ过程，这属于完全非弹性碰撞。 求解得： 14 三、小组合作，总结规律 Ⅰ Ⅰ→Ⅱ Ⅱ Ⅱ→Ⅲ Ⅲ 列式 弹簧恢复原长 初动能 动能减少转化为弹性势能 动能最小，弹性势能最大 弹性势能 减少转化为动能 初动能 弹簧部分恢复原长 初动能 动能减少转化为弹性势能和内能 弹性势能最大但比（1）少 弹性势能 减少转化为动能和内能 比初动能少 弹簧弹性失效 初动能 动能减少转化为内能 无弹性势能 无能量变化 比初动能少 15 三、小组合作，总结规律 【拓展】上面我们研究的是一动碰一静的情况，如果两个物体都会运动，发生弹性碰撞，大家能列出动量与能量的表达式吗？ 动量守恒： 机械能守恒： 16 四、分类讨论，加深理解 （2）若 m1 > m2， 则 v1ʹ 0， v2ʹ 0。 （3）若 m1 < m2，则 v1ʹ 0，v2ʹ 0。 （1）若 m1 = m2，则 v1ʹ ，v2ʹ = 。 = （4）若 m1 >> m2 ，则 v1ʹ ≈ ，v2ʹ ≈ 。 （5）若 m1 << m2 ，则 v1ʹ ≈ ，v2ʹ ≈ 。 > > < > v1 0 v1 2v1 -v1 0 讨论：在一动碰一静的弹性碰撞中，根据 讨论以下5种情况： 17 五、联系实际，讨论条件 【例题2】一质量m=8kg的炮弹竖直向上射出，在最高点炸为A、B两部分并沿水平方向飞出，A落地点a距离炮弹发射点50m，B落地点b距离炮弹发射点150m。求A和B的质量分别等于多少？（爆炸过程损失的炸药质量可以忽略不计） 解：爆炸过程属于反冲现象，符合动量守恒，则 。从相同的高度射出，水平射程与初速度成正比 。忽略炸药的质量，则有 解得 提问：碰撞与爆炸有什么区别？ 整个过程内力远大于外力，都满足动量守恒。爆炸过程机械能增加，由化学能转化而来；碰撞过程机械能不能增加。 18 五、联系实际，讨论条件 【例题3】动量分别和的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动，A追上B并发生碰撞，若已知碰撞后A的动量减少了而方向不变，那么A、B质量之比的可能范围是什么？ 提示：碰撞前后速度、动量、机械能分别满足什么关系？ 分析： 动量：动量守恒 解得： 速度：碰前A的速度大于B的速度，碰后A的速度不 大于B的速度，则 ， 机械能：总机械能不能增加 求解得： 两物体碰撞过程中需满足的条件： 1.碰撞前后系统动量守恒。 2.动能不能增加。 3.如果碰撞前后均为同向运动，碰撞后的被碰物体的速度应大于碰撞物体的速度。 19 六、引导释疑，巩固提高 通过这节课的学习，请同学们解释一下牛顿摆的工作原理。 实验1：用手拉起第一个球，然后释放，前4个球基本不动，最后一个球弹起，而且差不多回到原来的高度。 解释：两个质量相等的钢球的碰撞可以看成是弹性碰撞，发生速度交换，一直传递下去，直到把速度传给最后一个球，所以只能看到第一个球与最后一个球弹起。 实验2：在中间两球间夹了一点橡皮泥后，用手拉起第一个球，然后释放，最后一个球弹起得没有实验1中的高。 解释：在小球中夹一点橡皮泥，两球的碰撞变为非弹性碰撞，动能损失，不再能弹起原来那么高。 20 弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒。 非弹性碰撞：碰撞过程中机械能有损失。 碰撞的分类 例如：钢球、玻璃球的碰撞。 动能 动能 弹性势能 例如：木球、橡皮泥球的碰撞。 动能 动能 弹性势能 内能 完全非弹性碰撞：是非弹性碰撞的特例,碰后两物体粘在一起运动, 机械能损失最大。 注：无论是哪种碰撞，都遵守动量守恒定律！ 六、引导释疑，巩固提高 课堂小结 一动碰一静 21 $