1.4彈性碰撞與非彈性碰撞課件高二上學(xué)期物理選擇性

高中物理魯科版選擇性必修第一冊第一章

動量及其守恒定律1.4彈性碰撞與非彈性碰撞碰撞是自然界中常見的現(xiàn)象。物體碰撞后可能的運(yùn)動狀態(tài)多種多樣，這些不同類型的碰撞中除了系統(tǒng)動量守恒之外，能量變化又有什么特點(diǎn)?本節(jié)我們將學(xué)習(xí)不同類型的碰撞。1.不同類型的碰撞碰撞時(shí)，因相互作用時(shí)間很短，碰撞物體間的作用力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)的動量可認(rèn)為是守恒的。但從能量轉(zhuǎn)化角度看，機(jī)械能可能有損失。人們根據(jù)碰撞中機(jī)械能是否有損失，把碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞。若碰撞過程中系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，即碰撞前后系統(tǒng)的總動能相等，這種碰撞稱為彈性碰撞，又稱完全彈性碰撞。通常，分子、原子以及更小的粒子間的碰撞可視為彈性碰撞。生活中，有些碰撞可視為彈性碰撞，如臺球發(fā)生碰撞時(shí)，動能的損失很小，可忽略不計(jì)，通常也將其視為彈性碰撞(圖1-29)。一般情況下，在碰撞過程中系統(tǒng)的機(jī)械能并不守恒，總有一部分機(jī)械能損失掉，轉(zhuǎn)化為其他形式的能。物理學(xué)中，把這種機(jī)械能有損失的碰撞稱為非彈性碰撞。非彈性碰撞中，如果碰撞后物體結(jié)合在一起，系統(tǒng)的動能損失最大，這種碰撞稱為完全非彈性碰撞。不同類型的碰撞按能量損失的情況分動量守恒，動能沒有損失動量守恒，動能有損失m1v1+m2v2=(m1+m2)v,動能損失最大1.判斷碰撞類型，并分析碰撞特點(diǎn)（P,EK）

A:兩車相撞，并一起運(yùn)動一段距離

B:子彈打木塊，并穿過木塊

C:兩金屬球之間的碰撞2.彈性碰撞在上節(jié)中，對兩小球的碰撞進(jìn)行了初步探究，下面通過對兩鋼球碰撞的研究，深入探討彈性碰撞的特點(diǎn)。兩個核心特點(diǎn)彈性碰撞的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)1:質(zhì)量相等的兩個鋼球的碰撞把兩個質(zhì)量相等的鋼球并排掛在一起(圖1-30)，球B靜止，把球A拉到某一高度釋放，球A擺到最低點(diǎn)時(shí)與球B正碰。碰撞后球A和球B會怎樣運(yùn)動?實(shí)驗(yàn)中，記下球A釋放的位置和碰撞后球A和球B擺至最大高度時(shí)的位置，改變球A拉起的高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。兩球質(zhì)量相等時(shí)，碰撞有什么特點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)2:質(zhì)量不相等的兩個鋼球的碰撞(1)把球A換成質(zhì)量更大的鋼球，球B靜止，把球A拉至某一高度釋放并與球B正碰，觀察碰撞情況。改變球A拉起的高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。被碰球質(zhì)量較小時(shí)，碰撞有什么特點(diǎn)?(2)球A靜止，把球B拉至某一高度釋放并與球A碰撞，觀察碰撞情況。改變球B拉起的高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。被碰球質(zhì)量較大時(shí)，碰撞有什么特點(diǎn)?在實(shí)驗(yàn)1中，質(zhì)量相等的兩個鋼球相碰撞，碰撞后球A立即停下，而球B幾乎擺到球A原來的高度。在實(shí)驗(yàn)2中，當(dāng)被碰球質(zhì)量較小時(shí)，碰撞后4、B兩球都向前運(yùn)動:當(dāng)被碰球質(zhì)量較大時(shí)碰撞后球B會反彈而球A向前運(yùn)動。為什么會出現(xiàn)這種情況呢?設(shè)球A和球B的質(zhì)量分別為m?、m?，碰撞前球A的速度為v?，球B靜止(圖1-31)，碰撞后球A和球B的速度分別為v?'、v?'。兩球的碰撞可視為彈性碰撞，碰撞過程中動量守恒，碰撞前后動能相等。因此由以上結(jié)果可解釋探究實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論:當(dāng)兩球質(zhì)量相等，即m?=m?時(shí),v?'=0，v?'=v?,碰撞后球A速度為0，而球B的速度與碰撞前球4的速度相等。當(dāng)質(zhì)量大的球碰質(zhì)量小的球，即m?>m?時(shí)，v?'>0，v?'>0，表示碰撞后兩球都向前運(yùn)動。當(dāng)質(zhì)量小的球碰質(zhì)量大的球，即m?

<m?時(shí)，v?'<0，v?'>0，表示碰撞后質(zhì)量小的球被反彈回來。彈性碰撞規(guī)律在研究微觀粒子的碰撞中有著重要的應(yīng)用。英國物理學(xué)家查德威克(1891-1974)在發(fā)現(xiàn)中子的過程中，就是應(yīng)用了彈性碰撞模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出了中子的質(zhì)量。兩個運(yùn)動的小球發(fā)生彈性碰撞后的速度如圖1-32所示，在光滑水平地面上有質(zhì)量為m?、m?的兩球，分別以速度v?、

v?(v?>v?)運(yùn)動。兩球發(fā)生對心彈性碰撞后速度分別為v?’、

v?’。根據(jù)兩球在碰撞過程中動量守恒和碰撞前后動能相等，可得由以上兩式可解得請討論:(1)當(dāng)兩球質(zhì)量相等時(shí)，兩球碰后的速度變化情況;(2)當(dāng)兩球量差異較大且以-0時(shí)，兩球碰控后的速度變化情況。3.非彈性碰撞非彈性碰撞薦在機(jī)械能損失。如游樂場中碰碰車之間發(fā)生的碰撞、彗星與木星的碰撞等，都會有機(jī)械能的損失，為非彈性碰撞。若碰撞后物體都以共同速度運(yùn)動，碰撞中機(jī)械能損失最大，為完全非彈性碰撞。損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，ΔE＝Q.碰撞后合為一體或具有相同的速度設(shè)兩者碰后的共同速度為v共，則有m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v共如圖1-33所示，打樁機(jī)重錘的質(zhì)量為m?，從樁帽上方某高處由靜止開始沿豎直方向自由落下，打在質(zhì)量為m?的鋼筋混凝土樁子上(包括樁帽)。錘與樁發(fā)生碰撞的時(shí)間極短，碰撞后二者以相同速度一起向下運(yùn)動將樁打入地下。若碰撞前錘的速度為v0，求錘與樁所組成的系統(tǒng)碰撞后的動能及碰撞過程中損失的動能。解決此類問題時(shí)，需將實(shí)際情境中的碰撞抽象為相應(yīng)的碰撞模型再從動量、能量的角度，用相關(guān)公式求解。在碰撞問題中，由于相互作用時(shí)間極短，且外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，可認(rèn)為系統(tǒng)的動量守恒，碰撞過程中物體所發(fā)生的位移也可忽略不計(jì)，即認(rèn)為碰撞在原地發(fā)生原地結(jié)束。能在熟悉的問題情境中根據(jù)實(shí)際情況選擇彈性碰撞或非彈性碰撞模型解決物理問題;會用系統(tǒng)和守恒的思想分析物理問題，能對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋;能用證據(jù)分析解釋彈性碰撞與非彈性碰撞等問題;能從運(yùn)動定律、動量守恒、能量守恒等不同角度思考物理問題。--科學(xué)思維如圖1-34所示，質(zhì)量均為m的物體B、C靜止在光滑水平面的同一直線上，一質(zhì)量為m。的子彈A以速度v射入物體B并嵌入其中。隨后它們與C發(fā)生彈性碰撞，求碰撞后B、C的速度。牛頓搖籃圖1-35所示的裝置常稱為“牛頓搖籃”，讓這些球碰撞，可出現(xiàn)有趣的現(xiàn)象若拉起最左端一球，由靜止釋放，則會把最右端一球撞出，其他球靜止不動;若拉起左端兩球同時(shí)釋放，則會把右端兩球撞出，其他球靜止不動。請?jiān)囍鸶嗟那蛲瑫r(shí)釋放，看看撞擊后會有怎樣的結(jié)果若沒有“牛頓搖籃”，你還可用質(zhì)量、體積都相同的多粒玻璃珠按照如圖1-36所示的方法試一試。當(dāng)將一粒玻璃珠彈向一排整齊緊挨的玻璃珠時(shí)，最外邊的那顆玻璃珠會被彈出你能解釋出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因嗎?碰撞的規(guī)律:1.遵循動量守恒定律:內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力.2.能量不會增加.只有彈性碰撞的動能守恒.3.物體位置不突變.但速度可以突變.(碰撞過程兩物體產(chǎn)生的位移可忽略)4.碰撞只發(fā)生一次.在沒有外力的情況下,不是分離就是共同運(yùn)動.1.質(zhì)量相等的兩小球以相同的速率相向運(yùn)動，發(fā)生正碰后都以原速率向相反方向運(yùn)動。這屬于什么碰撞?為什么?這種碰撞屬于彈性碰撞，彈性碰撞的三個條件:2.我國女子短道速滑隊(duì)多次在國際大賽上摘金奪銀，為祖國贏得榮譽(yù)。在某次3000m接力賽中,“接棒”的運(yùn)動員甲提前站在“交棒”的運(yùn)動員乙前面，并且開始向前滑行。待乙追上甲時(shí)，猛推甲一把，使甲獲得更大的速度向前沖出，如圖所示。在乙推甲的過程中，忽略運(yùn)動員與冰面間在水平方向上的相互作用，則A.甲對乙的沖量一定等于乙對甲的沖量B.甲、乙的動量變化一定大小相等、方向相反C.甲的動能增加量一定等于乙的動能減少量D.甲和乙組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B3.質(zhì)量為1kg的物體在光滑水平面上以6m/s的速度與質(zhì)量為2kg、速度為2m/s的物體B發(fā)生正碰。碰撞后4、B兩物體的速度可能值為B

5.沙擺是一種用來測量子彈速度的簡單裝置。如圖所示.將質(zhì)量為M的沙箱用長為l的細(xì)繩懸掛起來，一顆質(zhì)量為m的子彈水平射入沙箱(未穿出)，使沙箱發(fā)生擺動。測得沙箱最大擺角為α，求