高中物理 第16章 動量守恒定律 4 碰撞課件 新人教版選修35

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1、4碰撞碰撞情情 景景 導導 入入 如圖是馬爾西發(fā)表的著作中的一幅插圖,一顆大理石球?qū)π淖矒粢慌糯笮∠嗟惹彝荣|(zhì)量的小球時,速度將傳遞給最后一個小球,其余的小球毫無影響。 你能解釋這是為什么嗎?思思 維維 導導 圖圖 一二填一填練一練一、彈性碰撞和非彈性碰撞(見課本第17頁)1.常見的碰撞類型(1)彈性碰撞:碰撞過程中機械能守恒。(2)非彈性碰撞:碰撞過程中機械能不守恒。2.一維彈性碰撞分析假設物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2碰撞,碰撞后它們的速度分別為v1和v2,則碰后(1)若m1=m2的兩球發(fā)生彈性正碰,v10,v2=0,則v1=0,v2=v1,即兩者碰后交換速度。(2)若m1m2,v

2、10,v2=0,則二者彈性正碰后,v1=-v1,v2=0。表明m1被反向以原速率彈回,而m2仍靜止。(3)若m1m2,v10,v2=0,則二者彈性正碰后,v1=v1,v2=2v1。表明m1的速度不變,m2以2v1的速度被撞出去。一二填一填練一練二、對心碰撞和非對心碰撞(見課本第19頁)1.兩類碰撞(1)對心碰撞:碰撞前后,物體的動量在同一條直線上也叫正碰。(2)非對心碰撞:碰撞前后,物體的動量不在同一條直線上。2.散射(1)定義:微觀粒子相互接近時并不像宏觀物體那樣“接觸”而發(fā)生的碰撞。(2)散射方向:由于粒子與物質(zhì)微粒發(fā)生對心碰撞的概率很小,所以多數(shù)粒子碰撞后飛向四面八方。填一填練一練兩個物

3、體在光滑水平面上發(fā)生正碰,可能發(fā)生的現(xiàn)象是 ()A.質(zhì)量大的物體動量變化大B.兩個物體動量變化大小相等,方向相反C.一個物體的速度減小,另一個物體的速度增加D.質(zhì)量小的物體速度變化大解析:兩物體組成的系統(tǒng)動量守恒,即p=-p,兩物體動量變化大小相等,選項A錯誤,選項B正確;質(zhì)量小的速度變化一定大,選項D正確;當發(fā)生碰撞的兩個物體原來同向運動時,碰后后面的物體的速度減小,前面的物體的速度增加,選項C正確。答案:BCD探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究探究一對碰撞問題的認識和理解對碰撞問題的認識和理解 五個完全相同的金屬球沿直線排列并彼此鄰接,把最左端的小球拉高釋放,撞擊后發(fā)現(xiàn)最右端的小球擺

4、高,而其余四球不動,你知道這是為什么嗎? 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析1.對碰撞的廣義理解物理學里所研究的碰撞,包括的范圍很廣,只要通過短時間作用,物體的動量發(fā)生了明顯的變化,都可視為碰撞。例如:兩個小球的撞擊,子彈射入木塊,系在繩子兩端的物體將松弛的繩子突然拉直,鐵錘打擊釘子,列車車廂的掛接,中子轟擊原子核等均可視為碰撞問題。需注意的是必須將發(fā)生碰撞的雙方(如兩小球、子彈和木塊、鐵錘和釘子、中子和原子核等)包括在同一個系統(tǒng)中,才能對該系統(tǒng)應用動量守恒定律。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析2.碰撞過程的五個特點(1)時間特點:在碰撞、爆炸現(xiàn)象中,

5、相互作用的時間很短。(2)相互作用力的特點:在相互作用過程中,相互作用力先是急劇增大,然后急劇減小,平均作用力很大。(3)動量守恒條件的特點:系統(tǒng)的內(nèi)力遠遠大于外力,所以系統(tǒng)即使所受合力不為零,外力也可以忽略,系統(tǒng)的總動量守恒。(4)位移特點:碰撞、爆炸過程是在一瞬間發(fā)生的,時間極短,在物體發(fā)生碰撞、爆炸的瞬間,可忽略物體的位移,認為物體在碰撞、爆炸前后仍在原位置。(5)能量特點:碰撞前總動能Ek與碰撞后總動能Ek滿足:EkEk。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析3.碰撞中系統(tǒng)的能量(1)彈性碰撞:動量守恒,機械能守恒。(2)非彈性碰撞:動量守恒,動能有損失。(3)完全非彈性碰撞:動量守恒,

6、動能損失最大,碰撞后兩物體粘在一起以相同的速度運動或靜止。4.處理碰撞問題的三個原則(1)系統(tǒng)動量守恒,即p1+p2=p1+p2。(2)系統(tǒng)動能不增加,即Ek1+Ek2Ek1+Ek2或(3)速度要合理:碰前兩物體同向,則v后v前,碰后,原來在前面的物體速度一定增大,且v前v后。兩物體相向運動,碰后兩物體的運動方向不可能都不改變。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析5.對彈性碰撞的定量分析發(fā)生彈性碰撞的兩個物體,既遵守動量守恒定律又遵守機械能守恒定律。設參與碰撞的兩個物體質(zhì)量分別為m1和m2,碰撞前兩個物體的速度分別為v1和v2,碰撞后兩個物體的速度分別為v1和v2,則由動量守恒定律有m1v1+

7、m2v2=m1v1+m2v2由機械能守恒定律有若兩物體碰撞時,有一個物體是靜止的,設v2=0,則碰撞后的速度為探究一探究二問題導引名師精講典例剖析注意以下幾種特殊情況:(1)當m1=m2時,則有v1=0,v2=v1,此關系說明在碰后實現(xiàn)了動量和動能的全部轉移,即兩物體交換了速度。(2)當m1m2,則有v1=v1,v2=2v1,即碰后質(zhì)量為m1的物體速度幾乎不變,質(zhì)量小的物體將以m1的速度的兩倍向前運動,如同子彈碰到塵埃。(3)m1m2,v1=-v1,v20。碰后質(zhì)量為m1的物體被按原速率彈回,質(zhì)量為m2的物體幾乎不動。如同彈性小球碰到堅硬光滑的地面原速反彈。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析

8、【例題1】 (2015全國理綜)兩滑塊a、b沿水平面上同一條直線運動,并發(fā)生碰撞;碰撞后兩者粘在一起運動;經(jīng)過一段時間后,從光滑路段進入粗糙路段。兩者的位置x隨時間t變化的圖像如圖所示。求:(1)滑塊a、b的質(zhì)量之比;(2)整個運動過程中,兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機械能之比。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析解析:(1)設a、b的質(zhì)量分別為m1、m2,a、b碰撞前的速度分別為v1、v2。由題給圖像得v1=-2 m/sv2=1 m/sa、b發(fā)生完全非彈性碰撞,碰撞后兩滑塊的共同速度為v。由題給圖像得由動量守恒定律得m1v1+m2v2=(m1+m2)v聯(lián)立式得m1m2=18。探究一

9、探究二問題導引名師精講典例剖析(2)由能量守恒得,兩滑塊因碰撞而損失的機械能為由圖像可知,兩滑塊最后停止運動。由動能定理得,兩滑塊克服摩擦力所做的功為聯(lián)立式,并代入題給數(shù)據(jù)得WE=12。答案:(1)18(2)12探究一探究二問題導引名師精講典例剖析變式訓練1如圖,光滑水平直軌道上兩滑塊A、B用橡皮筋連接,A的質(zhì)量為m。開始時橡皮筋松弛,B靜止,給A向左的初速度v0。一段時間后,B與A同向運動發(fā)生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的兩倍,也是碰撞前瞬間B的速度的一半。求:(1)B的質(zhì)量;(2)碰撞過程中A、B系統(tǒng)機械能的損失。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題

10、導引名師精講典例剖析變式訓練2如圖所示,在光滑水平面上放置A、B兩物體,質(zhì)量均為m,其中B物體帶有不計質(zhì)量的彈簧靜止在水平面內(nèi)。A物體以速度v0向右運動,并壓縮彈簧。求:(1)彈簧壓縮量達到最大時A、B兩物體的速度vA和vB。(2)彈簧彈性勢能的最大值Ep。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析汽車在公路上行駛時,駕駛員一定要系上安全帶,你知道安全帶有什么用途嗎?探究探究二爆炸和碰撞問題的比較爆炸和碰撞問題的比較 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析碰撞和爆炸問題作用過程中內(nèi)力遠大于外力,

11、故作用過程可用動量守恒定律求解,但二者也有區(qū)別: 探究一探究二問題導引名師精講典例剖析探究一探究二問題導引名師精講典例剖析【例題2】 (2015浙江自選)一輛質(zhì)量m1=3.0103 kg的小貨車因故障停在車道上,后面一輛質(zhì)量m2=1.5103 kg 的轎車來不及剎車,直接撞入貨車尾部失去動力。相撞后兩車一起沿轎車運動方向滑行了s=6.75 m停下。已知車輪與路面的動摩擦因數(shù)=0.6,求碰撞前轎車的速度大小。(重力加速度g取10 m/s2)探究一探究二問題導引名師精講典例剖析變式訓練3向空中發(fā)射一物體,不計空氣阻力,當物體的速度恰好沿水平方向時,物體炸裂為a、b兩塊。若質(zhì)量較大的a塊的速度方向仍

12、沿原來的方向,則()A.b的速度方向一定與原速度方向相反B.從炸裂到落地這段時間里,a飛行的水平距離一定比b的大C.a、b一定同時到達地面D.炸裂的過程中,a、b中受到的爆炸力的沖量大小一定相等探究一探究二問題導引名師精講典例剖析解析:物體炸裂過程發(fā)生在物體沿水平方向運動時,由于物體沿水平方向不受外力,所以沿水平方向動量守恒,根據(jù)動量守恒定律有(mA+mB)v=mAvA+mBvB當vA與原來速度v同向時,vB可能與vA反向;另外一種情況是由vA的大小沒有確定,題目只講a的質(zhì)量較大,但若vA很小,則mAvA可能小于原動量(mA+mB)v,這時vB的方向會與vA方向一致,即與原來方向相同,所以選項

13、A錯誤。a、b兩塊在水平飛行的同時,豎直方向做自由落體運動,即做平拋運動,落地時間由高度決定,所以選項C是正確的。探究一探究二問題導引名師精講典例剖析由于水平飛行距離x=vt,a、b兩塊炸裂后的速度vA、vB大小不一定相等,而落地時間t又相等,所以水平飛行距離無法比較大小,所以選項B錯誤。根據(jù)牛頓第三定律,a、b所受爆炸力FA=-FB,力的作用時間相等,所以沖量I=Ft的大小一定相等,所以選項D是正確的。答案:CD探究一探究二問題導引名師精講典例剖析123451.在光滑水平面上,兩球沿球心連線以相等速率相向而行,并發(fā)生碰撞,下列現(xiàn)象可能的是()A.若兩球質(zhì)量相同,碰后以某一相等速率互相分開B.

14、若兩球質(zhì)量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.若兩球質(zhì)量不同,碰后以某一相等速率互相分開D.若兩球質(zhì)量不同,碰后以某一相等速率同向而行解析:光滑水平面上兩小球的對心碰撞符合動量守恒的條件,因此碰撞前、后兩小球組成的系統(tǒng)總動量守恒。碰撞前兩球總動量為零,碰撞后也為零,動量守恒,所以選項A是可能的;若碰撞后兩球以某一相等速率同向而行,則兩球的總動量不為零,而碰撞前的總動量為零,所以選項B不可能;碰撞前、后系統(tǒng)的總動量的方向不同,所以動量不守恒,選項C不可能;碰撞前總動量不為零,碰后也不為零,方向可能相同,所以,選項D是可能的。答案:AD123452.關于碰撞的說法,正確的是()A.發(fā)生正碰的系統(tǒng),

15、總動能一定不變B.發(fā)生正碰的系統(tǒng),總動能可能減小C.發(fā)生斜碰的系統(tǒng),總動能一定減小D.發(fā)生斜碰的系統(tǒng),總動能可能不變解析:無論是發(fā)生正碰還是斜碰,都有彈性碰撞和非彈性碰撞兩種可能,故選項A、C錯誤。答案:BD123453.如圖所示,在光滑水平面上,用等大異向的F1、F2分別同時作用于A、B兩個靜止的物體上,已知mAmB,經(jīng)過相同的時間后同時撤去兩力,以后兩物體相碰并粘為一體,則粘合體最終將()A.靜止B.向右運動C.向左運動 D.無法確定解析:選取A、B兩個物體組成的系統(tǒng)為研究對象,根據(jù)動量定理,整個運動過程中,系統(tǒng)所受的合外力為零,所以動量改變量為零。初始時刻系統(tǒng)靜止,總動量為零,最后粘合體的動量也為零,即粘合體靜止,所以選項A正確。答案:A12345123455.(選做題)在沙堆上有一木塊,質(zhì)量m0=5 kg,木塊上放一爆竹,質(zhì)量m=0.10 kg。點燃爆竹后木塊陷入沙中深5 cm,若沙對木塊運動的阻力恒為58 N,不計爆竹中火藥質(zhì)量和空氣阻力。求爆竹上升的最大高度。解析:火藥爆炸時內(nèi)力遠大于重力,所以爆炸時動量守恒,設v、v分別為爆炸后爆竹和木塊的速率,取向上的方向為正方向,由動量守恒定律得mv-m0v=0木塊陷入沙中做勻減速運動到停止,其加速度為12345

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