人教版選修(3-5)《碰撞》word教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上164 碰 撞教學(xué)要求1.了解彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞，解決一維碰撞問題。2.了解對心碰撞與非對心碰撞3.了解微粒的散射和中子的發(fā)現(xiàn)過程，體會理論對實(shí)踐的指導(dǎo)作用，進(jìn)一步了解動(dòng)量守恒定律的普適性。4.加深對動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律的理解，解決簡單的生產(chǎn)和生活問題。引入新課在前面的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)兩小車碰撞時(shí)總是符合動(dòng)量守恒定律的，但碰撞的結(jié)果卻仍是多種多樣的，有的小車碰后分開，但都朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有的小車碰后朝兩個(gè)不同方向運(yùn)動(dòng)，還有的則粘在一起。為什么同屬動(dòng)量守恒，卻會產(chǎn)生這么多的可能性呢？（符合的結(jié)果有無數(shù)個(gè)）。在這些可能之中，還有沒有什么其他的規(guī)律

2、在支配物體的運(yùn)動(dòng)？我們今天就要深入研究這個(gè)問題。一、彈性碰撞和非彈性碰撞1、演示小球碰撞（兩個(gè)）實(shí)驗(yàn)讓A球擺下撞擊原來靜止的質(zhì)量相等的B球，或B球擺下撞擊原來靜止A球。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：被碰后一球靜止，另一球的上升高度幾乎與原來等高，或著說不會超出原來的高度。 分析：在碰撞時(shí)水平方向外力為零（豎直方向有向心力），因此水平方向動(dòng)量守恒。由上升的高度可計(jì)算出碰撞前后的速度大小，一方面該實(shí)驗(yàn)證明了AB碰撞前后動(dòng)量守恒，另一方面也說明碰后的AB的能量不高于原來的總能量。因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)中，碰撞時(shí)只有A的動(dòng)能、B的動(dòng)能與內(nèi)能之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，所以A、B的總動(dòng)能減少量轉(zhuǎn)換成了內(nèi)能，沒有補(bǔ)充其他能量，所以不可能比原來高

3、。拓展：同樣道理如果不是人推物（這里人做功能把人的生物能轉(zhuǎn)換給系統(tǒng)的機(jī)械能增加），沒有爆炸（沒有化學(xué)能來轉(zhuǎn)換為機(jī)械能）而只是兩物體相撞，說明在撞擊中系統(tǒng)的機(jī)械能只能減少或保持不變，而不能增加。碰撞類問題：特指兩物體相撞的問題，兩個(gè)物體在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生相互作用，一般都滿足內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，這種情況稱為碰撞。（人推箱子以及爆炸都不屬此類）A A B A B A Bv1vv1/v2/ 2、碰撞分析碰撞的全過程：設(shè)光滑水平面上，質(zhì)量為m1的物體A以速度v1向質(zhì)量為m2的靜止物體B運(yùn)動(dòng)，B的左端連有輕彈簧。在位置A、B剛好接觸，彈簧開始被壓縮，A開始減速，B開始加速；到位置A、B速度剛好相等（設(shè)為v），彈

4、簧被壓縮到最短；再往后A、B開始遠(yuǎn)離，彈簧開始恢復(fù)原長，到位置彈簧剛好為原長，A、B分開，這時(shí)A、B的速度分別為。全過程系統(tǒng)動(dòng)量一定是守恒的；而機(jī)械能是否守恒就要看彈簧的彈性如何了。彈簧是完全彈性的。系統(tǒng)動(dòng)能減少全部轉(zhuǎn)化為彈性勢能，狀態(tài)系統(tǒng)動(dòng)能最小而彈性勢能最大；彈性勢能減少全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；因此、狀態(tài)系統(tǒng)動(dòng)能相等。這種碰撞叫做彈性碰撞。由動(dòng)量守恒和能量守恒可以證明A、B的最終速度分別為：。（這個(gè)結(jié)論最好背下來。）彈簧不是完全彈性的。系統(tǒng)動(dòng)能減少，一部分轉(zhuǎn)化為彈性勢能，一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，狀態(tài)系統(tǒng)動(dòng)能仍和相同，彈性勢能仍最大，但比??；彈性勢能減少，部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；因?yàn)槿^程系統(tǒng)動(dòng)能

5、有損失（一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）。這種碰撞叫非彈性碰撞。彈簧完全沒有彈性。系統(tǒng)動(dòng)能減少全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，狀態(tài)系統(tǒng)動(dòng)能仍和相同，但沒有彈性勢能；由于沒有彈性，A、B不再分開，而是共同運(yùn)動(dòng)，不再有過程。這種碰撞叫完全非彈性碰撞?？梢宰C明，A、B最終的共同速度為 。在完全非彈性碰撞過程中，系統(tǒng)的動(dòng)能損失最大，為：這個(gè)結(jié)論最好背下來3、概念1彈性碰撞在彈性力作用下，碰撞過程只產(chǎn)生機(jī)械能的轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)內(nèi)無機(jī)械能的損失的碰撞，稱為彈性碰撞。舉例：通常情況下的鋼球、玻璃球等堅(jiān)硬物體之間的碰撞及分子、原子等之間的碰撞皆可視為彈性碰撞。2非彈性碰撞(1)非彈性碰撞：受非彈性力作用，使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的碰撞。(2)

6、完全非彈性碰撞：是非彈性磁撞的特例，這種碰撞的特點(diǎn)是碰后粘在起(或碰后具有共同的速度)，其動(dòng)能損失最大。注意：碰撞后發(fā)生永久性形變、粘在一起、摩擦生熱等的碰撞往往為非彈性碰撞。4、討論：(1)由vB表達(dá)式可知vB恒大于零，即B球肯定是向前運(yùn)動(dòng)的，這與生活中觀察到的各種現(xiàn)象是吻合的.(2)由vA表達(dá)式可知當(dāng)mAmB時(shí)，vA0，即碰后A球依然向前 即碰后A球反彈，且一般情況下速度也小于v0了.當(dāng)mAmB時(shí)，vA0，vBv0，這就是剛才看到的實(shí)驗(yàn)，即A、B兩球互換動(dòng)量的情形.(3)討論極端情形：若mB時(shí)，vA-v0，即原速反彈；而vB0，即幾乎不動(dòng).這就好像是生活中的小皮球撞墻的情形.（在熱學(xué)部分中

7、氣體分子與器壁碰撞的模型就屬于這種情形）.(4)由于vA總是小于v0的，所以通過碰撞可以使一個(gè)物體減速（在核反應(yīng)堆中利用中子與碳原子(石墨或重水)的碰撞將快中子變?yōu)槁凶樱?二、對心碰撞和非對心碰撞1對心碰撞兩球碰撞時(shí)，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線在同條直線上，碰撞之后兩球的速度仍沿著這條直線，這種碰撞稱為對心碰撞，也叫正碰。 注意：發(fā)生對心碰撞的兩個(gè)物體，碰撞前后的速度都沿同一條直線，它們的動(dòng)量也都沿這條直線，在這個(gè)方向上動(dòng)量守恒。2非對心碰撞兩球碰撞時(shí)，碰撞之前的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線不在同條直線上，碰撞之后兩球的速度都會偏離原來兩球心的連線。這種碰撞稱為非對心碰撞，也叫斜碰。斜碰也

8、遵循動(dòng)量守恒定律，但情況較復(fù)雜，中學(xué)階段不作要求。注意：發(fā)生非對心碰撞的兩個(gè)小球，可以將小球速度沿球心連線和垂直球心連線兩個(gè)方向分解，在這兩個(gè)方向上應(yīng)用動(dòng)量守恒定律列式求解。三、散射1、散射：在粒子物理和核物理中，常常使一束粒子射人物體，粒子與物體中的微粒碰撞。這些微觀粒子相互接近時(shí)并不發(fā)生直接接觸，這種微觀粒子的碰撞叫做散射。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)粒子在磁撞后飛向四面八方。2、如何正確理解非對心碰撞與散射?詮釋 (1)非對心碰撞的兩個(gè)物體，碰撞前后速度不在同一條直線上，屬于二維碰撞問題如果系統(tǒng)碰撞過程中所受合外力為零，則仍然滿足動(dòng)量守恒，這時(shí)通常將動(dòng)量守恒用分量式

9、表示如： m1v1x+m2v2xm1v1x /+m2v2x /， m1v1y+m2v2ym1v1y /+m2v2y /， (2)在用粒子轟擊金箔時(shí)，粒子與金原子核碰撞(并不直接接觸)后向各個(gè)方向飛出，即發(fā)生散射其散射角滿足以下關(guān)系式 cot/2=40Mv2b/2Ze2其中Z為金原子的原子序數(shù)，M是粒子的質(zhì)量，o為真空中的介電常數(shù)，其他物理量見圖所示從上式可以看出，b越小，越大當(dāng)bo時(shí)，1800，粒子好像被彈回來一樣微觀粒子之間的碰撞通常被視為完全彈性碰撞，遵從動(dòng)量守恒及前后動(dòng)能相等英國物理學(xué)家查德威克利用彈性碰撞理論成功地發(fā)現(xiàn)了中子一維彈性碰撞的普適性結(jié)論新課標(biāo)人教版選修3-5第15頁討論了一

10、維彈性碰撞中的一種特殊情況（運(yùn)動(dòng)的物體撞擊靜止的物體），本文旨在在此基礎(chǔ)之上討論一般性情況，從而總結(jié)出普遍適用的一般性結(jié)論。在一光滑水平面上有兩個(gè)質(zhì)量分別為、的剛性小球A和B，以初速度、運(yùn)動(dòng)，若它們能發(fā)生碰撞（為一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度分別為和。我們的任務(wù)是得出用、表達(dá)和的公式。、是以地面為參考系的，將A和B看作系統(tǒng)。由碰撞過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有 有彈性碰撞中沒有機(jī)械能損失，有 由得由得將上兩式左右相比，可得 即或 碰撞前B相對于A的速度為，碰撞后B相對于A的速度為，同理碰撞前A相對于B的速度為，碰撞后A相對于B的速度為，故式為或，其物理意義是：碰撞后B相對于A的速度與碰撞前B相對于A

11、的速度大小相等，方向相反；碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等，方向相反；故有結(jié)論1對于一維彈性碰撞，若以其中某物體為參考系，則另一物體碰撞前后速度大小不變，方向相反（即以原速率彈回）。聯(lián)立兩式，解得 下面我們對幾種情況下這兩個(gè)式子的結(jié)果做些分析。若，即兩個(gè)物體質(zhì)量相等 ， ，表示碰后A的速度變?yōu)?，B的速度變?yōu)?。故有結(jié)論2 對于一維彈性碰撞，若兩個(gè)物體質(zhì)量相等，則碰撞后兩個(gè)物體互換速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）。若，即A的質(zhì)量遠(yuǎn)大于B的質(zhì)量這時(shí)，。根據(jù)、兩式，有 ， 表示質(zhì)量很大的物體A（相對于B而言）碰撞前后速度保持不變。 若，即A的

12、質(zhì)量遠(yuǎn)小于B的質(zhì)量這時(shí)，。根據(jù)、兩式，有 ， 表示質(zhì)量很大的物體B（相對于A而言）碰撞前后速度保持不變。 綜合，可知：結(jié)論3 對于一維彈性碰撞，若其中某物體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于另一物體的質(zhì)量，則質(zhì)量大的物體碰撞前后速度保持不變。至于質(zhì)量小的物體碰后速度如何，可結(jié)合結(jié)論1和結(jié)論3得出。以為例，由結(jié)論3可知，由結(jié)論1可知，即，將代入，可得，與上述所得一致。以上結(jié)論就是關(guān)于一維彈性碰撞的三個(gè)普適性結(jié)論。練習(xí)如圖所示，乒乓球質(zhì)量為m，彈性鋼球質(zhì)量為M（M>>m），它們一起自高度h高處自由下落，不計(jì)空氣阻力，設(shè)地面上鋪有彈性鋼板，球與鋼板之間的碰撞及乒乓球與鋼球之間的碰撞均為彈性碰撞，試計(jì)算鋼球著地

13、后乒乓球能夠上升的最大高度。解析：乒乓球和彈性鋼球自狀態(tài)1自由下落，至彈性鋼球剛著地（狀態(tài)2）時(shí)，兩者速度相等 則彈性鋼球跟彈性鋼板碰撞后瞬間（狀態(tài)3），彈性鋼球速率仍為v，方向變?yōu)樨Q直向上緊接著，彈性鋼球與乒乓球碰，碰后瞬間（狀態(tài)4）乒乓球速率變?yōu)関由結(jié)論3可知，彈性鋼球與乒乓球碰后彈性鋼球速度保持不變（速率仍為v，方向?yàn)樨Q直向上）；由結(jié)論1可知，彈性鋼球與乒乓球碰前瞬間（狀態(tài)3）乒乓球相對于彈性鋼球的速度為2v，方向?yàn)樨Q直向下，彈性鋼球與乒乓球碰后瞬間（狀態(tài)4）乒乓球相對于彈性鋼球的速度為2v，方向?yàn)樨Q直向上。則v=3v由得鳥擊落飛機(jī) 我們知道，運(yùn)動(dòng)是相對參考系而言的，當(dāng)鳥兒與飛機(jī)相對而行

14、時(shí)，雖然鳥兒的速度不是很大，但是飛機(jī)的飛行速度很大，這樣對于飛機(jī)來說，鳥兒的速度就很大。速度越大，撞擊的力量就越大。 比如一只045 kg的鳥，撞在速度為80kmh的飛機(jī)上時(shí)，就會產(chǎn)生1 500N的力，要是撞在速度為960kmh的飛機(jī)上，那就要產(chǎn)生216x105N的力。如果是一只18kg的鳥撞在速度為700kmh的飛機(jī)上，產(chǎn)生的沖擊力比炮彈的沖擊力還要大，所以渾身是肉的鳥兒也能變成擊落飛機(jī)的“炮彈”。 1962年11月，赫赫有名的“子爵號”飛機(jī)正在美國馬里蘭州伊利奧特市上空平穩(wěn)地飛行，突然一聲巨響，飛機(jī)從高空中栽了下來，事后發(fā)現(xiàn)釀成這場空中悲劇的最魁禍?zhǔn)资且恢辉诳罩新肯璧奶禊Z。 在我國也發(fā)生過類似的事情。1991年10月6日，海南?？谑袠窎|機(jī)場，海軍航空兵的一架"014號”飛機(jī)騰空而起，突然“砰”的一聲巨響，機(jī)體猛然一顫，飛行員發(fā)現(xiàn)左前三角擋風(fēng)玻璃完全破