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2021学年5 弹性碰撞和非弹性碰撞课前预习课件ppt
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这是一份2021学年5 弹性碰撞和非弹性碰撞课前预习课件ppt，共32页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，思维导图，答案A等内容，欢迎下载使用。
1.通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞,了解对心碰撞(物理观念)2.通过实例分析,会解决一维碰撞问题(科学思维)
[自主阅读]一、碰撞的分类1.弹性碰撞和非弹性碰撞(1)弹性碰撞:系统在碰撞前后动能不变。(2)非弹性碰撞:系统在碰撞后动能减少。(3)完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体或碰后具有共同速度,这种碰撞动能损失最大。2.正碰(对心碰撞或一维碰撞)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直线上,碰撞之后两个球的速度仍会沿着这条直线。
二、弹性碰撞的实例分析1.两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰,v1≠0,v2=0,则碰撞过程遵从动量守恒定律,有m1v1=m1v1'+m2v2'。弹性碰撞中没有动能损失,有 ,碰后两球速度分别为2.若m1=m2,v1≠0,v2=0,则v1'=0,v2'=v1,即两者碰后交换速度。3.若m1≫m2,v1≠0,v2=0,则二者弹性正碰后,v1'=v1,v2'=2v1。表明m1的速度不变,m2以2v1的速度被撞出去。4.若m1≪m2,v1≠0,v2=0,则二者弹性正碰后,v1'=-v1,v2'=0。表明m1被反向以原速率弹回,而m2仍静止。
[自我检测]1.正误判断(1)发生碰撞的两个物体的运动方向一定都发生变化。( )答案 ×(2)发生碰撞的两个物体,动量是守恒的。( )答案 √(3)发生碰撞的两个物体,机械能一定是守恒的。( )答案 ×
(4)碰撞后,两个物体粘在一起,动量是守恒的,但机械能损失是最大的。( )答案 √(5)两球发生弹性正碰时,碰后交换速度。( )答案 ×
2.一颗水平飞来的子弹射入一个原来悬挂在天花板下静止的小沙袋并留在其中,之后和沙袋一起上摆,忽略空气阻力,关于子弹与沙袋组成的系统,下列说法正确的是( )A.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都守恒B.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都不守恒C.共同上摆阶段动量守恒,机械能不守恒D.共同上摆阶段动量不守恒,机械能守恒解析 子弹和沙袋组成的系统,在子弹射入沙袋的过程中动量守恒,但机械能不守恒,共同上摆过程中动量不守恒,机械能守恒,选项D正确。答案 D
3.如图所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m,速度大小为2v0,方向向右,滑块B的质量为2m,速度大小为v0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后A向左运动,则B向 运动。 解析 选向右为正方向,则A的动量pA=m·2v0=2mv0,B的动量pB=-2mv0。碰前A、B的动量之和为零,根据动量守恒,发生弹性碰撞后A、B的动量之和也应为零。答案 右
[情境探究]打台球时,质量相等的母球与目标球发生碰撞,两个球一定交换速度吗?要点提示 不一定。质量相等的两个物体发生一维弹性碰撞时,若系统的总动量守恒,总动能守恒,则会交换速度,若动能有损失则不会交换速度。
[知识归纳]1.对碰撞的广义理解物理学里所研究的碰撞,包括的范围很广,只要通过短时间作用,物体的动量发生了明显的变化,都可视为碰撞。例如:两个小球的撞击,子弹射入木块,系在绳子两端的物体将松弛的绳子突然拉直,铁锤打击钉子,列车车厢的挂接,中子轰击原子核等均可视为碰撞问题。需注意的是必须将发生碰撞的双方(如两小球、子弹和木块、铁锤和钉子、中子和原子核等)包括在同一个系统中,才能对该系统应用动量守恒定律。
2.碰撞过程的五个特点(1)时间特点:在碰撞现象中,相互作用的时间很短。(2)相互作用力的特点:在相互作用过程中,相互作用力先是急剧增大,然后急剧减小,平均作用力很大。(3)动量的特点:系统的内力远远大于外力,所以系统即使所受合外力不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒。(4)位移特点:碰撞过程时间极短,在物体发生碰撞瞬间,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞前后仍在原位置。(5)能量特点:碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek'满足Ek≥Ek'。
3.碰撞的规律(1)碰撞的种类及遵循的规律
(2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体
[典例剖析]例题1现有甲、乙两滑块,质量分别为3m和m,以相同的速率v在光滑水平面上相向运动,发生了碰撞。已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是( )A.弹性碰撞B.非弹性碰撞C.完全非弹性碰撞D.条件不足,无法确定解析 由动量守恒定律得3mv-mv=0+mv',所以v'=2v。碰前总动能答案 A
规律方法 对碰撞问题的三点提醒(1)当遇到两物体发生碰撞的问题时,不管碰撞环境如何,要首先想到利用动量守恒定律。(2)对心碰撞是同一直线上的运动过程,只在一个方向上列动量守恒方程即可,此时应注意速度正、负号的选取。(3)判断碰撞的种类就是看碰撞前后的机械能变化情况。
变式训练1(多选)(2020江苏期末)在光滑水平面上,质量为m、速度大小为v的A球跟质量为3m静止的B球发生正碰,则碰撞后B球的速度大小可能是( )
解析 A与B碰撞的过程,二者组成的系统动量守恒,规定A球初速度方向为正方向,若为完全非弹性碰撞,则mv=(m+3m)v',得v'=0.25v,若为弹性碰撞,由动量守恒得mv=mvA+3m·vB,由机械能守恒得 ,联立解得vB=0.5v,所以碰撞后B的速度的范围为0.25v≤vB≤0.5v,故选B、C。答案 BC
[情境探究]甲、乙两铁球质量分别是m1=1 kg,m2=2 kg,在光滑平面上沿同一直线运动,速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s。甲追上乙发生正碰后两物体的速度有没有可能是v1'=-4 m/s,v2'=7 m/s或v1'=4 m/s,v2'=3 m/s?要点提示 两种情况都满足动量守恒,但第一种情况总的动能增加了,而碰撞不是爆炸,动能不可能增加,第二种情况,碰撞后甲球的速度大于被撞的乙球的速度,这也不可能。
[知识归纳]碰撞问题遵循的三个原则:(1)系统动量守恒,即p1+p2=p1'+p2'。(2)系统动能不增加,即Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'或(3)速度要合理:①碰前两物体同向,即v后>v前,碰后原来在前面的物体速度一定增大,且v前'≥v后'。②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
[典例剖析]例题2质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、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,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是( )A.pA'=6 kg·m/s,pB'=6 kg·m/sB.pA'=3 kg·m/s,pB'=9 kg·m/sC.pA'=-2 kg·m/s,pB'=14 kg·m/sD.pA'=-4 kg·m/s,pB'=17 kg·m/s
解析 A、B球碰撞遵循动量守恒,有pA+pB=pA'+pB',选项D中数据不满足该方程,因而选项D错误;A、B球碰撞遵循能量守恒,碰前的总动能应不小于碰后总动能,即 ,mA=mB,选项A、B、C中数据只有A选项符合上式,选项A正确。答案 A
变式训练2冰壶运动深受观众喜爱,在某次投掷中,冰壶甲运动一段时间后与静止的冰壶乙发生正碰,如图所示。两冰壶质量相等,则碰后两冰壶最终停止的位置,可能是选项图中的( )
解析 碰撞过程动量守恒,两冰壶发生正碰,由动量守恒定律可知,碰撞前后系统动量不变,两冰壶的动量方向即速度方向不会偏离甲原来的方向,由题图知,A所示情况是不可能的,故A错误;如果两冰壶发生弹性碰撞,碰撞过程动量守恒、机械能守恒,两冰壶质量相等,碰撞后两冰壶交换速度,甲静止,乙的速度等于甲的速度,碰后乙做减速运动,最后停止,最终两冰壶的位置可能如B所示,故B正确;两冰壶碰撞后,甲不可能运动到乙的前面,C所示情况是不可能的,故C错误;碰撞过程机械能不可能增大,两冰壶质量相等,碰撞后甲的速度不可能大于乙的速度,碰撞后甲的位移不可能大于乙的位移,D所示情况是不可能的,故D错误。答案 B
1.(多选)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,下列现象可能的是( )A.若两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开B.若两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.若两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开D.若两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行
解析 碰撞前、后两小球组成的系统总动量守恒。碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,所以选项A是可能的;若碰撞后两球以某一相等速率同向而行,则两球的总动量不为零,所以选项B不可能;碰撞前、后系统的总动量的方向不同,所以动量不守恒,选项C不可能;碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,选项D是可能的。答案 AD
2.如图所示,在光滑水平面上,用等大反向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA
1.通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞,了解对心碰撞(物理观念)2.通过实例分析,会解决一维碰撞问题(科学思维)
[自主阅读]一、碰撞的分类1.弹性碰撞和非弹性碰撞(1)弹性碰撞:系统在碰撞前后动能不变。(2)非弹性碰撞:系统在碰撞后动能减少。(3)完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体或碰后具有共同速度,这种碰撞动能损失最大。2.正碰(对心碰撞或一维碰撞)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直线上,碰撞之后两个球的速度仍会沿着这条直线。
二、弹性碰撞的实例分析1.两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰,v1≠0,v2=0,则碰撞过程遵从动量守恒定律,有m1v1=m1v1'+m2v2'。弹性碰撞中没有动能损失,有 ,碰后两球速度分别为2.若m1=m2,v1≠0,v2=0,则v1'=0,v2'=v1,即两者碰后交换速度。3.若m1≫m2,v1≠0,v2=0,则二者弹性正碰后,v1'=v1,v2'=2v1。表明m1的速度不变,m2以2v1的速度被撞出去。4.若m1≪m2,v1≠0,v2=0,则二者弹性正碰后,v1'=-v1,v2'=0。表明m1被反向以原速率弹回,而m2仍静止。
[自我检测]1.正误判断(1)发生碰撞的两个物体的运动方向一定都发生变化。( )答案 ×(2)发生碰撞的两个物体,动量是守恒的。( )答案 √(3)发生碰撞的两个物体,机械能一定是守恒的。( )答案 ×
(4)碰撞后,两个物体粘在一起,动量是守恒的,但机械能损失是最大的。( )答案 √(5)两球发生弹性正碰时,碰后交换速度。( )答案 ×
2.一颗水平飞来的子弹射入一个原来悬挂在天花板下静止的小沙袋并留在其中,之后和沙袋一起上摆,忽略空气阻力,关于子弹与沙袋组成的系统,下列说法正确的是( )A.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都守恒B.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都不守恒C.共同上摆阶段动量守恒,机械能不守恒D.共同上摆阶段动量不守恒,机械能守恒解析 子弹和沙袋组成的系统,在子弹射入沙袋的过程中动量守恒,但机械能不守恒,共同上摆过程中动量不守恒,机械能守恒,选项D正确。答案 D
3.如图所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m,速度大小为2v0,方向向右,滑块B的质量为2m,速度大小为v0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后A向左运动,则B向 运动。 解析 选向右为正方向,则A的动量pA=m·2v0=2mv0,B的动量pB=-2mv0。碰前A、B的动量之和为零,根据动量守恒,发生弹性碰撞后A、B的动量之和也应为零。答案 右
[情境探究]打台球时,质量相等的母球与目标球发生碰撞,两个球一定交换速度吗?要点提示 不一定。质量相等的两个物体发生一维弹性碰撞时,若系统的总动量守恒,总动能守恒,则会交换速度,若动能有损失则不会交换速度。
[知识归纳]1.对碰撞的广义理解物理学里所研究的碰撞,包括的范围很广,只要通过短时间作用,物体的动量发生了明显的变化,都可视为碰撞。例如:两个小球的撞击,子弹射入木块,系在绳子两端的物体将松弛的绳子突然拉直,铁锤打击钉子,列车车厢的挂接,中子轰击原子核等均可视为碰撞问题。需注意的是必须将发生碰撞的双方(如两小球、子弹和木块、铁锤和钉子、中子和原子核等)包括在同一个系统中,才能对该系统应用动量守恒定律。
2.碰撞过程的五个特点(1)时间特点:在碰撞现象中,相互作用的时间很短。(2)相互作用力的特点:在相互作用过程中,相互作用力先是急剧增大,然后急剧减小,平均作用力很大。(3)动量的特点:系统的内力远远大于外力,所以系统即使所受合外力不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒。(4)位移特点:碰撞过程时间极短,在物体发生碰撞瞬间,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞前后仍在原位置。(5)能量特点:碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek'满足Ek≥Ek'。
3.碰撞的规律(1)碰撞的种类及遵循的规律
(2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体
[典例剖析]例题1现有甲、乙两滑块,质量分别为3m和m,以相同的速率v在光滑水平面上相向运动,发生了碰撞。已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是( )A.弹性碰撞B.非弹性碰撞C.完全非弹性碰撞D.条件不足,无法确定解析 由动量守恒定律得3mv-mv=0+mv',所以v'=2v。碰前总动能答案 A
规律方法 对碰撞问题的三点提醒(1)当遇到两物体发生碰撞的问题时,不管碰撞环境如何,要首先想到利用动量守恒定律。(2)对心碰撞是同一直线上的运动过程,只在一个方向上列动量守恒方程即可,此时应注意速度正、负号的选取。(3)判断碰撞的种类就是看碰撞前后的机械能变化情况。
变式训练1(多选)(2020江苏期末)在光滑水平面上,质量为m、速度大小为v的A球跟质量为3m静止的B球发生正碰,则碰撞后B球的速度大小可能是( )
解析 A与B碰撞的过程,二者组成的系统动量守恒,规定A球初速度方向为正方向,若为完全非弹性碰撞,则mv=(m+3m)v',得v'=0.25v,若为弹性碰撞,由动量守恒得mv=mvA+3m·vB,由机械能守恒得 ,联立解得vB=0.5v,所以碰撞后B的速度的范围为0.25v≤vB≤0.5v,故选B、C。答案 BC
[情境探究]甲、乙两铁球质量分别是m1=1 kg,m2=2 kg,在光滑平面上沿同一直线运动,速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s。甲追上乙发生正碰后两物体的速度有没有可能是v1'=-4 m/s,v2'=7 m/s或v1'=4 m/s,v2'=3 m/s?要点提示 两种情况都满足动量守恒,但第一种情况总的动能增加了,而碰撞不是爆炸,动能不可能增加,第二种情况,碰撞后甲球的速度大于被撞的乙球的速度,这也不可能。
[知识归纳]碰撞问题遵循的三个原则:(1)系统动量守恒,即p1+p2=p1'+p2'。(2)系统动能不增加,即Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'或(3)速度要合理:①碰前两物体同向,即v后>v前,碰后原来在前面的物体速度一定增大,且v前'≥v后'。②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
[典例剖析]例题2质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、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,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是( )A.pA'=6 kg·m/s,pB'=6 kg·m/sB.pA'=3 kg·m/s,pB'=9 kg·m/sC.pA'=-2 kg·m/s,pB'=14 kg·m/sD.pA'=-4 kg·m/s,pB'=17 kg·m/s
解析 A、B球碰撞遵循动量守恒,有pA+pB=pA'+pB',选项D中数据不满足该方程,因而选项D错误;A、B球碰撞遵循能量守恒,碰前的总动能应不小于碰后总动能,即 ,mA=mB,选项A、B、C中数据只有A选项符合上式,选项A正确。答案 A
变式训练2冰壶运动深受观众喜爱,在某次投掷中,冰壶甲运动一段时间后与静止的冰壶乙发生正碰,如图所示。两冰壶质量相等,则碰后两冰壶最终停止的位置,可能是选项图中的( )
解析 碰撞过程动量守恒,两冰壶发生正碰,由动量守恒定律可知,碰撞前后系统动量不变,两冰壶的动量方向即速度方向不会偏离甲原来的方向,由题图知,A所示情况是不可能的,故A错误;如果两冰壶发生弹性碰撞,碰撞过程动量守恒、机械能守恒,两冰壶质量相等,碰撞后两冰壶交换速度,甲静止,乙的速度等于甲的速度,碰后乙做减速运动,最后停止,最终两冰壶的位置可能如B所示,故B正确;两冰壶碰撞后,甲不可能运动到乙的前面,C所示情况是不可能的,故C错误;碰撞过程机械能不可能增大,两冰壶质量相等,碰撞后甲的速度不可能大于乙的速度,碰撞后甲的位移不可能大于乙的位移,D所示情况是不可能的,故D错误。答案 B
1.(多选)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,下列现象可能的是( )A.若两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开B.若两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.若两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开D.若两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行
解析 碰撞前、后两小球组成的系统总动量守恒。碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,所以选项A是可能的;若碰撞后两球以某一相等速率同向而行,则两球的总动量不为零,所以选项B不可能;碰撞前、后系统的总动量的方向不同,所以动量不守恒,选项C不可能;碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,选项D是可能的。答案 AD
2.如图所示,在光滑水平面上,用等大反向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA
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