高中物理 第16章 動(dòng)量守恒定律 4 碰撞課件 新人教版選修35.ppt

4碰撞 情景導(dǎo)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(shí) 速度將傳遞給最后一個(gè)小球 其余的小球毫無(wú)影響 你能解釋這是為什么嗎 思維導(dǎo)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(yè) 1 常見的碰撞類型 1 彈性碰撞 碰撞過(guò)程中機(jī)械能守恒 2 非彈性碰撞 碰撞過(guò)程中機(jī)械能不守恒 2 一維彈性碰撞分析假設(shè)物體m1以速度v1與原來(lái)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 v1 0 v2 0 則v1 0 v2 v1 即兩者碰后交換速度 2 若m1 m2 v1 0 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m1 m2 v1 0 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(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞 見課本第19頁(yè) 1 兩類碰撞 1 對(duì)心碰撞 碰撞前后 物體的動(dòng)量在同一條直線上也叫正碰 2 非對(duì)心碰撞 碰撞前后 物體的動(dòng)量不在同一條直線上 2 散射 1 定義 微觀粒子相互接近時(shí)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(duì)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(gè)物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(dòng)量變化大b 兩個(gè)物體動(dòng)量變化大小相等 方向相反c 一個(gè)物體的速度減小 另一個(gè)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(dòng)量守恒 即 p p 兩物體動(dòng)量變化大小相等 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 選項(xiàng)b正確 質(zhì)量小的速度變化一定大 選項(xiàng)d正確 當(dāng)發(fā)生碰撞的兩個(gè)物體原來(lái)同向運(yùn)動(dòng)時(shí) 碰后后面的物體的速度減小 前面的物體的速度增加 選項(xiàng)c正確 答案 bcd 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一對(duì)碰撞問題的認(rèn)識(shí)和理解 五個(gè)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)最右端的小球擺高 而其余四球不動(dòng) 你知道這是為什么嗎 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 1 對(duì)碰撞的廣義理解物理學(xué)里所研究的碰撞 包括的范圍很廣 只要通過(guò)短時(shí)間作用 物體的動(dòng)量發(fā)生了明顯的變化 都可視為碰撞 例如 兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)中 才能對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 2 碰撞過(guò)程的五個(gè)特點(diǎn) 1 時(shí)間特點(diǎn) 在碰撞 爆炸現(xiàn)象中 相互作用的時(shí)間很短 2 相互作用力的特點(diǎn) 在相互作用過(guò)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(dòng)量守恒條件的特點(diǎn) 系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)量守恒 4 位移特點(diǎn) 碰撞 爆炸過(guò)程是在一瞬間發(fā)生的 時(shí)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(rèn)為物體在碰撞 爆炸前后仍在原位置 5 能量特點(diǎn) 碰撞前總動(dòng)能ek與碰撞后總動(dòng)能ek 滿足 ek ek 探究一 探究二 問題導(dǎo)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(dòng)量守恒 機(jī)械能守恒 2 非彈性碰撞 動(dòng)量守恒 動(dòng)能有損失 3 完全非彈性碰撞 動(dòng)量守恒 動(dòng)能損失最大 碰撞后兩物體粘在一起以相同的速度運(yùn)動(dòng)或靜止 4 處理碰撞問題的三個(gè)原則 1 系統(tǒng)動(dòng)量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 系統(tǒng)動(dòng)能不增加 即ek1 ek2 ek1 ek2 或 3 速度要合理 碰前兩物體同向 則v后 v前 碰后 原來(lái)在前面的物體速度一定增大 且v前 v后 兩物體相向運(yùn)動(dòng) 碰后兩物體的運(yùn)動(dòng)方向不可能都不改變 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 5 對(duì)彈性碰撞的定量分析發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體 既遵守動(dòng)量守恒定律又遵守機(jī)械能守恒定律 設(shè)參與碰撞的兩個(gè)物體質(zhì)量分別為m1和m2 碰撞前兩個(gè)物體的速度分別為v1和v2 碰撞后兩個(gè)物體的速度分別為v1 和v2 則由動(dòng)量守恒定律有m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 由機(jī)械能守恒定律有若兩物體碰撞時(shí) 有一個(gè)物體是靜止的 設(shè)v2 0 則碰撞后的速度為 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 注意以下幾種特殊情況 1 當(dāng)m1 m2時(shí) 則有v1 0 v2 v1 此關(guān)系說(shuō)明在碰后實(shí)現(xiàn)了動(dòng)量和動(dòng)能的全部轉(zhuǎn)移 即兩物體交換了速度 2 當(dāng)m1 m2 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(yùn)動(dòng) 如同子彈碰到塵埃 3 m1 m2 v1 v1 v2 0 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(dòng) 如同彈性小球碰到堅(jiān)硬光滑的地面原速反彈 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題1 2015 全國(guó)理綜 兩滑塊a b沿水平面上同一條直線運(yùn)動(dòng) 并發(fā)生碰撞 碰撞后兩者粘在一起運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后 從光滑路段進(jìn)入粗糙路段 兩者的位置x隨時(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機(jī)械能之比 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 1 設(shè)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 2m s v2 1m s a 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(dòng)量守恒定律得m1v1 m2v2 m1 m2 v 聯(lián)立 式得m1 m2 1 8 探究一 探究二 問題導(dǎo)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(jī)械能為由圖像可知 兩滑塊最后停止運(yùn)動(dòng) 由動(dòng)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w e 1 2 答案 1 1 8 2 1 2 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)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(shí)橡皮筋松弛 b靜止 給a向左的初速度v0 一段時(shí)間后 b與a同向運(yùn)動(dòng)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(guò)程中a b系統(tǒng)機(jī)械能的損失 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)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(jì)質(zhì)量的彈簧靜止在水平面內(nèi) a物體以速度v0向右運(yùn)動(dòng) 并壓縮彈簧 求 1 彈簧壓縮量達(dá)到最大時(shí)a b兩物體的速度va和vb 2 彈簧彈性勢(shì)能的最大值ep 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 汽車在公路上行駛時(shí) 駕駛員一定要系上安全帶 你知道安全帶有什么用途嗎 探究二爆炸和碰撞問題的比較 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 碰撞和爆炸問題作用過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 故作用過(guò)程可用動(dòng)量守恒定律求解 但二者也有區(qū)別 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 例題2 2015 浙江自選 一輛質(zhì)量m1 3 0 103kg的小貨車因故障停在車道上 后面一輛質(zhì)量m2 1 5 103kg的轎車來(lái)不及剎車 直接撞入貨車尾部失去動(dòng)力 相撞后兩車一起沿轎車運(yùn)動(dòng)方向滑行了s 6 75m停下 已知車輪與路面的動(dòng)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10m s2 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 變式訓(xùn)練3向空中發(fā)射一物體 不計(jì)空氣阻力 當(dāng)物體的速度恰好沿水平方向時(shí) 物體炸裂為a b兩塊 若質(zhì)量較大的a塊的速度方向仍沿原來(lái)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(shí)間里 a飛行的水平距離一定比b的大c a b一定同時(shí)到達(dá)地面d 炸裂的過(guò)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(dǎo)引 名師精講 典例剖析 解析 物體炸裂過(guò)程發(fā)生在物體沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí) 由于物體沿水平方向不受外力 所以沿水平方向動(dòng)量守恒 根據(jù)動(dòng)量守恒定律有 ma mb v mava mbvb當(dāng)va與原來(lái)速度v同向時(shí) 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(dòng)量 ma mb v 這時(shí)vb的方向會(huì)與va方向一致 即與原來(lái)方向相同 所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤 a b兩塊在水平飛行的同時(shí) 豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng) 即做平拋運(yùn)動(dòng) 落地時(shí)間由高度決定 所以選項(xiàng)c是正確的 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 由于水平飛行距離x v t a b兩塊炸裂后的速度va vb大小不一定相等 而落地時(shí)間t又相等 所以水平飛行距離無(wú)法比較大小 所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤 根據(jù)牛頓第三定律 a b所受爆炸力fa fb 力的作用時(shí)間相等 所以沖量i f t的大小一定相等 所以選項(xiàng)d是正確的 答案 cd 探究一 探究二 問題導(dǎo)引 名師精講 典例剖析 1 2 3 4 5 1 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 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(duì)心碰撞符合動(dòng)量守恒的條件 因此碰撞前 后兩小球組成的系統(tǒng)總動(dòng)量守恒 碰撞前兩球總動(dòng)量為零 碰撞后也為零 動(dòng)量守恒 所以選項(xiàng)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(dòng)量不為零 而碰撞前的總動(dòng)量為零 所以選項(xiàng)b不可能 碰撞前 后系統(tǒng)的總動(dòng)量的方向不同 所以動(dòng)量不守恒 選項(xiàng)c不可能 碰撞前總動(dòng)量不為零 碰后也不為零 方向可能相同 所以 選項(xiàng)d是可能的 答案 ad 1 2 3 4 5 2 關(guān)于碰撞的說(shuō)法 正確的是 a 發(fā)生正碰的系統(tǒng) 總動(dòng)能一定不變b 發(fā)生正碰的系統(tǒng) 總動(dòng)能可能減小c 發(fā)生斜碰的系統(tǒng) 總動(dòng)能一定減小d 發(fā)生斜碰的系統(tǒng) 總動(dòng)能可能不變解析 無(wú)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(xiàng)a c錯(cuò)誤 答案 bd 1 2 3 4 5 3 如圖所示 在光滑水平面上 用等大異向的f1 f2分別同時(shí)作用于a b兩個(gè)靜止的物體上 已知ma mb 經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間后同時(shí)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(yùn)動(dòng)c 向左運(yùn)動(dòng)d 無(wú)法確定解析 選取a b兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 根據(jù)動(dòng)量定理 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 系統(tǒng)所受的合外力為零 所以動(dòng)量改變量為零 初始時(shí)刻系統(tǒng)靜止 總動(dòng)量為零 最后粘合體的動(dòng)量也為零 即粘合體