弹性碰撞与非弹性碰撞 自然界中的守恒定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

null这是一个加了配重的大滑块和很轻的小滑块，用大滑块去碰撞，保持静止状态的小滑块。可以看到，碰撞后，大滑块的运动速度几乎不变，而小滑块却以几乎两倍的速度运动起来。 null我这里还有一个质量是100克的小钢球，接下来我准备用小球去碰大球，让我们看一看好现象会有什么不同。对。阿玲儿，好的，有一次。胁迫。来再试一次。让它稍微稳定一下。好。好，这一次比较接近于阵痛。朱老师也来一次，就是给同学们多来一次。顺利，这次给你打100分，那我也试试。好。帮我吻一下。好，准备也非常接近于震破。好，同学们小球碰到大球之后，调转了方向，回到了朱老师那边。而大球沿着小球初始的运动方向继续前进。 接下来我们来做一次大胖小的情况。来吧。好。好，同学们看碰撞之后，小球和大球沿着大球初始的运动方向继续前进。好。没有问题。我再给同学们演示一次。好。准备。好一样的。情况。 这是一个加了配重的大滑块，使其保持静止状态。一个质量小得多的小滑块运动过来与大滑块发生碰撞后反弹回去。可以看到大滑块只获得了很小的速度，而小滑块则几乎以等大的速度返回。 现在我手里拿出一个实心的钢球，大家看质量是500克，直径49.5毫米。现在我把它放到网格布前方的中央。好，同学们，我手里有一个一模一样的钢球，接下来我就准备抛出手中的球去碰撞静止的球，让我们一起来验证一下空间站里的动量守恒定律。给老师要。瞄准第一次尝试。好，有一个小角度的斜坡，再给你一次机会。好的。好，再来一次。这一次比较接近于战况，我也想再来一次，机会难得。很好，也比较接近于震破。同学们看两个球碰撞之后，产生了动量交换。 第一章 动量和动量守恒定律 弹性碰撞与非弹性碰撞　 自然界中的守恒定律 Impulse-Momentum 学习目标 重点 01 掌握弹性碰撞、非弹性碰撞的特点。 02 能运用动量和能量的观点分析、解决一维碰撞的问题。 03 理解实际碰撞中应遵循的三个原则，会对碰撞的可能性进行分析判断。 04 进一步了解物体运动过程中的各种守恒定律。 重点 重难点 碰撞的分类 01 碰撞是自然界中常见的现象。物体碰撞中动量是如何变化的？在各种碰撞中能量又是如何变化的？ 公司logo 公司logo 情境导入 用如图所示的实验装置做如下实验： (1)两个相同的刚性球悬挂于同一水平面，两悬点的距离等于刚性球的直径大小，线长相等，将其中一球拉开至一定角度，松手后使之与另一球发生正碰。 (2)在两个球上分别套上尼龙搭扣做的套圈，做同样的碰撞。 公司logo 公司logo 观察与思考 ③总结以上两种碰撞情况的区别。 ①在以上两种情况下，两个球碰撞前后的总机械能是否相等？可能的原因是什么？ 第一种情况下，两球碰撞前后的总机械能几乎相等； 第二种情况下，两球碰撞前后的总机械能不相等，可能的原因是碰撞的过程中有机械能转化为了其他形式的能量。 ②如果碰撞前后总机械能不相等，是否违反了机械能守恒定律？ 碰撞前后总机械能不相等，不违反机械能守恒定律。 两种碰撞情况中损失机械能的大小不同，刚性球碰撞损失的机械能较少，带有尼龙搭扣做的套圈的球碰撞损失的机械能较多。 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。 1.碰撞 (2)特点 物体组成的系统所受外力远小于内力 相互作用时间极短 可以认为系统在碰撞过程中动量守恒 (1)定义 公司logo 公司logo 核心知识 说明： (1)在碰撞发生相互作用的过程中，相互作用力先是急剧增大， 然后急剧减小，平均作用力很大。 (2)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的极短时间内仍在同一位置。 公司logo 公司logo 核心知识 ②特点：碰撞后物体的形变完全恢复，碰撞过程中系统机械能守恒。 即：Ek1=Ek2 (1)弹性碰撞 弹性形变 ①定义：两球碰撞后，它们的形变能完全恢复，则没有机械能损失，碰撞前后两小球构成的系统的机械能相等。 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。 2.分类 公司logo 公司logo 核心知识 ①定义：两球碰撞后，它们的形变不能完全恢复原状，这时将有一部分机械能转化为其他形式的能量，碰撞前后系统的机械能不再相等。 ②特点：碰撞后不能完全恢复形变，碰撞过程中系统机械能减少。 即：Ek1>Ek2 (2)非弹性碰撞 非弹性形变 橡皮泥球碰撞时，它们的碰撞是非弹性碰撞。 公司logo 公司logo 核心知识 (3)完全非弹性碰撞 ①定义：两球碰撞后粘在一起，机械能损失最大。 ②特点：碰撞时物体的形变是非弹性形变，系统动量守恒，动能损失最大。 子弹射入并停留在木块中，可看作完全非弹性碰撞。 公司logo 公司logo 核心知识 如图所示，在汽车碰撞测试中两车相向碰撞，碰撞后均静止。这种碰撞属于哪种碰撞？碰撞过程损失的机械能去了哪里？ 答案　完全非弹性碰撞，碰撞中两车的作用力使车辆发生无法恢复的形变，损失的机械能转化为了内能。 公司logo 公司logo 讨论与交流 　 1.(2024·广州市第六十五中学高二期中)某次训练中使用的冰壶A和冰壶B的质量均为20 kg，初始时两冰壶之间的距离s=7.5 m，运动员以v0=2 m/s的初速度将冰壶A水平掷出后，与静止的冰壶B碰撞，碰后冰壶A的速度大小变为vA=0.2 m/s，方向不变，碰撞时间极短。已知两冰壶与冰面间的动摩擦因数均为μ=0.02，重力加速度g取10 m/s2。求： (1)冰壶A与B碰撞前的速度大小v1； (2)两冰壶碰撞后瞬间B的速度大小vB； (3)判断两冰壶碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。 答案　 (1) 1 m/s　 (2) 0.8 m/s　 (3) 非弹性碰撞 例题 (1)冰壶A从开始运动到与冰壶B碰撞前， 根据动能定理可得-μmgs=m-m 代入数据解得v1=1 m/s (2)两冰壶碰撞过程中，满足动量守恒，则有mv1=mvA+mvB 代入数据解得vB=0.8 m/s (3)碰撞前两冰壶的总动能为Ek1=m=10 J 碰撞后两冰壶的总动能为Ek2=m+m=6.8 J 由于Ek1>Ek2，可知两冰壶碰撞为非弹性碰撞。 判断碰撞类型的思路 明确研究对象 找准初、末状态 列动量守恒方程 计算碰撞前后的总动能 发生碰撞的两个（或多个）物体为系统 选正方向，确定矢量方向 总动能不变——弹性碰撞 总动能减小——非弹性碰撞 碰撞后攻速——完全非弹性碰撞 公司logo 公司logo 总结提升 碰撞的实例分析 02 如图所示，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；到Ⅱ位置，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v1' 和v2'。试分析以下问题： (1)在Ⅲ位置，如果弹簧可以恢复到原长，从Ⅰ到Ⅲ的过程中机械能是否守恒？试计算在Ⅲ位置时A、B的最终速度。 A A B A B A B v1 v v1′ v2′ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 公司logo 公司logo 观察与思考 v2'= v1 系统的机械能守恒；由动量守恒定律和机械能守恒定律，有 m1v1=m1v1'+m2v2' m1=m1v1'2+m2v2'2 解得物体A、B的最终速度分别为 v1'= v1 答案 A A B A B A B v1 v v1′ v2′ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 公司logo 公司logo 观察与思考 (2)在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长，从Ⅰ到Ⅲ的过程中机械能是否守恒？该碰撞是哪类碰撞？ 答案　系统的机械能不守恒；这种碰撞是非弹性碰撞。 (3)在Ⅱ位置，弹簧弹性失效，从Ⅰ到Ⅱ的过程中机械能是否守恒？与(2)问有什么区别？该碰撞是哪类碰撞？ 答案　系统的机械能不守恒；此过程碰后两者速度相同，与(2)问相比损失的机械能更多，这种碰撞是完全非弹性碰撞。 A A B A B A B v1 v v1′ v2′ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 公司logo 公司logo 讨论与交流 在弹性限度内，弹簧发生弹性形变，碰撞后弹簧可以恢复原长，碰撞前后机械能不变。 01 弹性碰撞 弹簧发生塑性形变，碰撞后弹簧只能部分恢复原长，碰撞过程有部分机械能转化为内能。 02 非弹性碰撞 在完全非弹性碰撞过程中，系统的动能损失最大。 03 完全非弹性碰撞 公司logo 公司logo 核心知识 在以上第(1)问弹性碰撞过程中，分别讨论速度变化： 1.以碰前物体m1速度的方向为正方向 若m1=m2 v1'=0，v2'=v1 碰撞后两物体速度互换 公司logo 公司logo 讨论与交流 若m1>m2 v1' >0，v2' >0 v1' 和v2' 都与v1方向相同 公司logo 公司logo 讨论与交流 若m1<m2 v1'<0 v1'与v1方向相反 公司logo 公司logo 讨论与交流 2.继续思考： 若m1≫m2 v1'=v1，v2'=2v1 若m1≪m2 v1'=-v1，v2'=0 公司logo 公司logo 讨论与交流 2.质量m1=4 kg、速度v0=3 m/s的A球与质量m2=2 kg且静止的B球在光滑水平面上发生弹性碰撞，碰后A、B两球速度分别为多少？ 答案　1 m/s　4 m/s 两球发生弹性碰撞，则满足动量守恒和机械能守恒， 有m1v0=m1v1+m2v2 m1=m1+m2 代入数据解得v1=1 m/s，v2=4 m/s。 例题 拓展　(1)如果A、B碰撞后粘在一起，则碰后A、B一起运动的速度为多大？此时系统动能损失为多少？ 答案　2 m/s　6 J (2)若碰撞过程中，系统动能损失情况未知，则碰撞后B球的速度在什么范围内？ 答案　2 m/s≤vB≤4 m/s 一动一静碰撞问题的讨论 质量为m1的球a以速度v1和静止的质量为m2的球b发生正碰，碰后球a、b的速度分别为v1'和v2'。根据能量损失情况不同，讨论碰后可能出现的情况如下： 弹性碰撞 v1'=v1 v2'=v1 完全非弹性碰撞 v1'=v2'=v1 公司logo 公司logo 总结提升 碰撞后两物体的速度满足的关系 v1≤v2'≤v1 v1≤v1'≤v1 公司logo 公司logo 总结提升 碰撞可能性问题 03 请从动量守恒、能量守恒及碰撞前后两物体速度关系的角度，分析碰撞能发生需满足的条件。 碰撞能发生遵从的三个原则 原则一：系统动量守恒 公式：p1+p2=p1'+p2' 说明：在碰撞过程中， 系统的总动量保持不变 原则二：系统动能不增加 公式：Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2' 说明：碰撞后的总动能不会大于碰撞前的总动能：+≥+ 公司logo 公司logo 观察与思考 原则三：速度要合理 情况二：碰前两物体同向运动 情况一：碰前两物体相向运动 碰后两物体除均静止外， 至少有一个物体的运动 方向发生改变。 碰前一定满足v后>v前。 碰后两物体反向运动 或v后' ≤v前' 的同向运动。 公司logo 公司logo 观察与思考 3.(2024·河源市龙川一中高二期中)质量不相等的A、B两球在光滑的水平面上沿同一直线同一方向运动，A在后，B在前，当A追上B并发生碰撞后，速度分别变为vA、vB，下列情况不可能出现的是 A.A、B组成的系统动量守恒，机械能增加 B.A、B组成的系统动量守恒，机械能减小 C.碰撞后A、B反向，且vA>vB D.碰撞后A、B同向，且vA<vB √ 例题 碰撞过程中，动量守恒，机械能不可能增加，A错误，符合题意，B正确，不符合题意； 若碰撞后两球运动方向相同，因不知道质量大小关系，无法判定碰撞后速度大小关系，C可能出现，不符合题意。 若碰撞后两球运动方向相同，则后面球的速度应该小于等于前面球速度，D可能出现，不符合题意。 　4.(多选)冰壶运动是在冰上进行的一种投掷竞赛项目，极具观赏性，被称为冰上“国际象棋”。如图所示，某次训练中使用的冰壶A和冰壶B的质量分别为10 kg、20 kg，在光滑冰平面上沿同一直线同向运动，速度分别为vA=6 m/s，vB=2 m/s，当A追上B并发生碰撞后，A、B两球速度的可能值是 A.vA'=4 m/s，vB'=3 m/s B.vA'=2 m/s，vB'=4 m/s C.vA'=-4 m/s，vB'=7 m/s D.vA'= m/s，vB'= m/s √ √ 例题 四个选项均满足动量守恒,即mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB'，系统碰前的总动能Ek=mA+mB=220 J，根据实际情况，碰后A的速度vA'不可能大于B的速度vB'，故A错误； 其他三个选项计算得两球碰后的总动能分别为EkB=mAvA'2+mBvB'2=180 J, EkC=mAvA'2+mBvB'2=570 J，EkD=mAvA'2+mBvB'2=220 J，由于碰撞后系统动能不可能增加，故B、D正确，C错误。 分析碰撞可能性问题的思路 1.对一个给定的碰撞，首先要看动量是否守恒，再看总机械能是否增加。 2.注意碰后的速度关系是否合理。 3.要灵活运用Ek= 和p =两个关系式。 公司logo 公司logo 总结提升 碰撞 碰撞的分类 一动碰一静讨论 碰撞可能性问题 m1=m2 m1>m2 m1<m2 碰撞后两物体速度互换 v1' 和v2' 都与v1方向相同 v1'与v1方向相反 原则一：系统动量守恒 原则二：系统动能不增加 原则三：速度要合理 弹性碰撞 非弹性碰撞 完全非弹性碰撞 机械能守恒 机械能减少 动能损失最大 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.20.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $直径8厘米的钢球做的牛顿摆，我们来看一看。这里面有多种。 那天的大厦落户应该交给你家。