高中物理選修3-5碰撞

1、 1 16.4 6.4 碰碰 撞撞一、歷史上對碰撞物體的研究一、歷史上對碰撞物體的研究n最早發(fā)表有關(guān)碰撞問題研究成果的是布最早發(fā)表有關(guān)碰撞問題研究成果的是布拉格大學(xué)校長、物理學(xué)教授馬爾西拉格大學(xué)校長、物理學(xué)教授馬爾西（M.Marci,15951667），），他在他在1639年發(fā)表的年發(fā)表的運動的比例運動的比例中得出一些碰中得出一些碰撞的結(jié)論。隨后著名的物理學(xué)家如伽利撞的結(jié)論。隨后著名的物理學(xué)家如伽利略、馬略特、牛頓、笛卡爾、惠更斯等略、馬略特、牛頓、笛卡爾、惠更斯等都先后進行了一系列的實驗總結(jié)出碰撞都先后進行了一系列的實驗總結(jié)出碰撞規(guī)律，為動量守恒定律的建立奠定了基規(guī)律，為動量守恒定律的建立奠

2、定了基礎(chǔ)。礎(chǔ)。二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象打打臺臺球球二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象撞車撞車二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象打打樁樁機機打打樁樁二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象釘釘釘釘子子二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象飛飛鳥鳥撞撞飛飛機機二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象打打網(wǎng)網(wǎng)球球二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象二、生活中的各種碰撞現(xiàn)象拳拳擊擊( (一一) )碰撞的共性與個性碰撞的共性與個性共性共性: :作用力變化作用力變化快快 有些碰撞碰后分開，有些碰撞碰后粘在一起；有些碰撞碰后分開，有些碰撞碰后

3、粘在一起； 相互作用時間短相互作用時間短作用力峰值大作用力峰值大系統(tǒng)動量守恒系統(tǒng)動量守恒個性個性: :有些碰撞沿一條直線，有些碰不在一條直線上；有些碰撞沿一條直線，有些碰不在一條直線上； 有些碰撞過程可能機械能守恒，有些過程機械有些碰撞過程可能機械能守恒，有些過程機械能可能不守恒能可能不守恒【方案方案1 1】 實驗測量，間接驗證實驗測量，間接驗證21vv01h1v0 mv02/22h2v 2mv2/2【設(shè)問設(shè)問1】如何探尋兩球碰如何探尋兩球碰撞前后有無機械能損失？撞前后有無機械能損失？ 看兩次擺角是否相同看兩次擺角是否相同由動量守恒定律：由動量守恒定律： 碰撞前系統(tǒng)總動能：碰撞前系統(tǒng)總動能：

4、碰撞后系統(tǒng)總動能：碰撞后系統(tǒng)總動能： 碰撞過程中有機械能損失【方案方案2】 ：理論論證理論論證vv0m2mm mvmv20020vv 0kkEE 20021mvEk2020241)2(221221mvvmmvEk分類方式之一：從能量變化方面分類分類方式之一：從能量變化方面分類( (二二) )碰撞的分類碰撞的分類碰撞過程中機械能守恒碰撞過程中機械能守恒碰撞過程中機械能不守恒碰撞過程中機械能不守恒碰撞后兩物粘合在一起，碰撞后兩物粘合在一起，以共同速度運動以共同速度運動1 1、彈性碰撞、彈性碰撞：2 2、非彈性碰撞、非彈性碰撞：3 3、完全非彈性碰撞：、完全非彈性碰撞：機械能損失最大機械能損失最大!

5、 !【討論問題一討論問題一】一維彈性碰撞的碰后速度的確定一維彈性碰撞的碰后速度的確定v1v1/m1v2/m2m1m2221111vmvmvm222211211212121vmvmvm22111)(vmvvm22221211)(vmvvm211vvv121211vmmmmv121122vmmmv12vv 21mm 若122vv 21mm 若02 v21mm 若01 v則11vv 則11vv則【拓展與應(yīng)用拓展與應(yīng)用】 211vvv121vvv 1221vvvv 【例例1】“瑞士天王瑞士天王”費德勒在一次比賽費德勒在一次比賽中，面對迎面飛來的速度為中，面對迎面飛來的速度為60km/h60km/h的網(wǎng)

6、球，的網(wǎng)球，揮動球拍以揮動球拍以70km/h70km/h的速度擊球，打出一記的速度擊球，打出一記“平擊球平擊球”，試估算此次擊球的球速。，試估算此次擊球的球速。解:網(wǎng)球拍與網(wǎng)球碰撞為完全彈性網(wǎng)球拍與網(wǎng)球碰撞為完全彈性, ,球拍質(zhì)量遠大于球質(zhì)量球拍質(zhì)量遠大于球質(zhì)量碰前球、拍接近速度碰前球、拍接近速度 60km/h+70km/h=130km/h碰后球、拍分離速度亦為碰后球、拍分離速度亦為 130km/h擊球后球拍速度不變擊球后球拍速度不變, ,故球速為故球速為130km/h+70km/h =200km/h【討論問題二討論問題二】 碰撞過程中能量與形變量的演變碰撞過程中能量與形變量的演變碰撞過程的碰

7、撞過程的“慢鏡慢鏡頭頭”v1v共彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞【例例2】質(zhì)量為質(zhì)量為m m速度為速度為v的的A A球，跟質(zhì)量為球，跟質(zhì)量為3m3m的的靜止靜止B B球發(fā)生正碰，碰撞可能是彈性，也可能非球發(fā)生正碰，碰撞可能是彈性，也可能非彈性，碰后彈性，碰后B B球的速度可能是以下值嗎？球的速度可能是以下值嗎？（A）0.6v (B)0.4v (C)0.2v解：解：B B球速度的最小值發(fā)生在完全非彈性碰撞情形球速度的最小值發(fā)生在完全非彈性碰撞情形由動量守恒：由動量守恒：min)3(vmmmvvv25. 0minB B球速度的最大值發(fā)生在彈性碰撞時球速度的最大值發(fā)生

8、在彈性碰撞時：vmmmvv5 . 032max所以，只有所以，只有0.40.4v是速度可能值是速度可能值分類方式之二：從碰撞速度方向分類分類方式之二：從碰撞速度方向分類 1 1、對心碰撞、對心碰撞正碰：正碰：2 2、非對心碰撞、非對心碰撞斜碰斜碰：碰前運動速度與兩球心連線處于同一直線上碰前運動速度與兩球心連線處于同一直線上 碰前運動速度與兩球心連線不在同一直線上碰前運動速度與兩球心連線不在同一直線上【設(shè)問設(shè)問】斜碰過程滿足動量守恒嗎？為什么？斜碰過程滿足動量守恒嗎？為什么？如圖，能否大致畫出碰后如圖，能否大致畫出碰后A A球的速度方向？球的速度方向？Av1Bv/ /2BAm2v2/m1v1m1

9、v1/【設(shè)問設(shè)問】若兩球質(zhì)量相等，又是彈性碰撞你若兩球質(zhì)量相等，又是彈性碰撞你能進一步確定兩球碰后速度方向關(guān)系嗎？能進一步確定兩球碰后速度方向關(guān)系嗎？222121212121vmvmmv222121vvv21vv 1 1、動量制約、動量制約2 2、動能制約、動能制約3 3、運動制約、運動制約( (三三) )碰撞規(guī)律總結(jié)碰撞規(guī)律總結(jié)【例例3】在光滑水平面上，動能為在光滑水平面上，動能為E E0 0、動量的大小為、動量的大小為P P0 0的的小鋼球小鋼球1 1與靜止的小鋼球與靜止的小鋼球2 2發(fā)生碰撞，碰撞前后球發(fā)生碰撞，碰撞前后球1 1的運動的運動方向相反，將碰撞后球方向相反，將碰撞后球1 1的

10、動能和動量的大小分別記為的動能和動量的大小分別記為E E1 1、P P1 1，球，球2 2的動能和動量的大小分別記為的動能和動量的大小分別記為E E2 2、P P2 2，則必有：，則必有： A、E1E0 B、P1E0 D、P2P0參考答案參考答案: :DAB守恒守恒不增不增合理合理( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零1 1、中子的發(fā)現(xiàn)：、中子的發(fā)現(xiàn)：19321932年查德威克年查德威克( (英英國國) )vmmmvHH2vmmmvNN267107 . 4103 . 31/14/HHHNNHmmmmmmmmvv16. 1Hmm( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零微觀世界碰撞現(xiàn)

11、象拾零2 2、中子減速劑：石墨、重水、中子減速劑：石墨、重水( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零3 3、驗證汞原子能量量子化、驗證汞原子能量量子化的經(jīng)典實驗的經(jīng)典實驗弗蘭克弗蘭克赫茲實驗（赫茲實驗（19141914年）年） 通過電子與汞原子核碰通過電子與汞原子核碰撞的能量傳遞，證實了原子撞的能量傳遞，證實了原子能量處于分立的不連續(xù)狀態(tài)能量處于分立的不連續(xù)狀態(tài)( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零微觀世界碰撞現(xiàn)象拾零4 4、粒子加速器、粒子加速器基本知識點基本知識點彈性碰撞彈性碰撞動量、機械能守恒動量、機械能守恒非彈性碰撞非彈性碰撞動量守恒、機械能有損失動量守恒、機械能有損失完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞動量守恒、機械能損失最大動量守恒、機械能損失最大基本思想方法基本思想方法猜想猜想推論推論小結(jié)小結(jié)：對心碰撞（正碰）對心碰撞（正碰）碰撞前后速度沿球心連線碰撞前后速度沿球心連線非對心碰撞（斜碰）非對心碰撞（斜碰）碰撞前后速度