1.5,彈性碰撞和非彈性碰撞（教學(xué)設(shè)計(jì)）-2021-2021學(xué)年高中物理新教材同步備課

1、1.5,彈性碰撞和非彈性碰撞（教學(xué)設(shè)計(jì)）-2021-2021學(xué)年高中物理新教材同步備課 第 一 章 動(dòng)量守恒定律 第 第 5 5 節(jié) 彈性碰撞和非彈性碰撞 本節(jié)課程需要通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)了解彈性碰撞和非彈性碰撞的特點(diǎn)。定量分析一維碰撞問(wèn)題并能解釋生產(chǎn)生活中的彈性碰撞和非彈性碰撞現(xiàn)象。會(huì)用守恒定律分析物理問(wèn)題的方法，體會(huì)自然界的和諧與統(tǒng)一。 【 物理觀念】握彈性碰撞、非彈性碰撞的特點(diǎn)。 【 科學(xué)思維】會(huì)應(yīng)用動(dòng)量、能量的觀點(diǎn)綜合分析、解決一維碰撞問(wèn)題。 【 科學(xué)探究】觀看演示視頻后學(xué)生分組探究碰撞現(xiàn)象的特點(diǎn)，教師引導(dǎo)總結(jié)碰撞問(wèn)題中的守恒量，能對(duì)常見(jiàn)的一維碰撞問(wèn)題進(jìn)行定量計(jì)算。 【 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任】感受不

2、同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。加深對(duì)動(dòng)量守恒與能量守恒定律的理解，能運(yùn)用這兩個(gè)定理解決一些簡(jiǎn)單的與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題 【教學(xué)重點(diǎn)】用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問(wèn)題。 【教學(xué)難點(diǎn)】對(duì)各種碰撞問(wèn)題的理解。 一、 【 引入新課】 】 生活中存在著各種碰撞現(xiàn)象 打臺(tái)球 打乒乓 釘釘子 打樁機(jī)打樁 打籃球時(shí)的肢體碰撞 拳擊 低頭族撞墻 撞機(jī) 思考： 碰撞是自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象。隕石撞擊地球而對(duì)地表產(chǎn)生破壞，網(wǎng)球受球拍撞擊而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 物體碰撞中動(dòng)量的變化情況，前面已進(jìn)行了研究。那么，在各種碰撞中能量又是如何變化的？ 物體碰撞時(shí)，通常作用時(shí)間很短，相互作用的內(nèi)力很大，因此，外力往往

3、可以忽略不計(jì)，滿足動(dòng)量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動(dòng)能的變化情況，進(jìn)而對(duì)碰撞進(jìn)行分類。 研究?jī)奢v小車碰撞前后總動(dòng)能的變化情況 二、 【 進(jìn)行 新課】 】 探究點(diǎn)一 、彈性碰撞和非彈性碰撞 研究小車碰撞前后的動(dòng)能變化 如圖滑軌上有兩輛安裝了彈性碰撞架的小車，它們發(fā)生碰撞后改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測(cè)量?jī)奢v小車的質(zhì)量以及它們碰撞前后的速度，研究碰撞前后總動(dòng)能的變化情況。 研究?jī)奢v小車碰撞前后總動(dòng)能的變化情況 碰撞： 定義：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體相遇，在極短時(shí)間內(nèi)，通過(guò)相互作用，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著變化的過(guò)程叫碰撞。 特點(diǎn)：1.相互作用時(shí)間極短； 2.在極短時(shí)間內(nèi)，內(nèi)力從零變到極大又 迅速變?yōu)榱?，其平?/p>

4、值很大； 3.碰撞過(guò)程中系統(tǒng)所受合外力為零或者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力； 4.碰撞過(guò)程兩物體產(chǎn)生的位移可忽略，可認(rèn)為碰撞前后物體處于同一位置 系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的； 彈性碰撞和非彈性碰撞： 1彈性碰撞：如果碰撞過(guò)程中機(jī)械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。 2非彈性碰撞：如果碰撞過(guò)程中機(jī)械能不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。 【課內(nèi)練習(xí)】1、如圖，在光滑水平面上，兩個(gè)物體的質(zhì)量都是 m，碰撞前一個(gè)物體靜止，另一個(gè)以速度v 向它撞去。碰撞后兩個(gè)物體粘在一起，成為一個(gè)質(zhì)量為 2m 的物體，以一定速度繼續(xù)前進(jìn)。碰撞后該系統(tǒng)的總動(dòng)能是否會(huì)有損失？ 分析： 可以先根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出碰撞后的共同速度 v，然后分別計(jì)算碰撞

5、前后的總動(dòng)能進(jìn)行比較。 探究點(diǎn)二、彈性碰撞的實(shí)例分析 對(duì)心碰撞：如圖兩個(gè)小球相碰，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會(huì)沿著這條直線。這種碰撞稱為正碰，也叫作對(duì)心碰撞或一維碰撞。 對(duì)心碰撞 非對(duì)心碰撞：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的球與一個(gè)靜止的球碰撞，如果碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線不在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度都會(huì)偏離原來(lái)兩球心的連線。如圖乙、丙所示。 思考： 發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體，由于質(zhì)量不同，碰撞后的速度將有哪些特點(diǎn)？ 我們假設(shè)物體 m 1 以速度 v1 與原來(lái)靜止的物體 m 2 發(fā)生正碰，如圖所示。碰撞后它們的速度分別為 v 1 和 v 2 。 運(yùn)動(dòng)物體與

6、靜止物體碰撞 碰撞過(guò)程遵從動(dòng)量守恒定律，據(jù)此可以列出包含上述各已知量和未知量的方程： m 1 v 1 m 1 v 1 m 2 v 2 （1） 彈性碰撞中沒(méi)有動(dòng)能損失，于是可以列出另一個(gè)方程： 21m 1 v 1 2 21m 1 v 1 2 m 2 v 2 （2） 從方程（1）（2）可以解出兩個(gè)物體碰撞后的速度分別為： v 1 12 12 1vm mm m+- （3） v 2 12 112vm mm+ （4） 我們對(duì)幾種情況下（3）（4）的結(jié)果作一些分析。 若 m 1 m 2 ，這時(shí)有:m 1 m 2 0，m 1 m 2 2m 1 。 根據(jù)（3）（4）兩式，得 v 1 0 v 2 v 1 這表示

7、第一個(gè)物體的速度由 v 1 變?yōu)?0，而第二個(gè)物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的速度等于第一個(gè)物體原來(lái)的速度。 若 m 1 m 2 ，這時(shí)有 m 1 m 2 m 1 ，m 1 m 2 m 1 。根據(jù)（3）（4）兩式，得 v 1 v 1 v 2 2v 1 這表示碰撞后，第一個(gè)物體的速度幾乎沒(méi)有改變，而第二個(gè)物體以 2v 1 的速度被撞出去. 保齡球比賽中，用大號(hào)保齡球擊打球瓶時(shí)，球與瓶的碰撞就類似這種情況 若 m1 m2，這時(shí)有 m 1 m 2 m 2 ，12 112vm mm+ 0 根據(jù)（3）（4）兩式，得:v 1 v 1 v 2 0 探究點(diǎn)三、碰撞的種類及特點(diǎn) 碰撞的種類及特點(diǎn)： 碰撞和爆炸的比較

8、名稱 比較項(xiàng)目 爆炸 碰撞 過(guò)程 特點(diǎn) 都是物體間的相互作用突然發(fā)生，相互作用的力為變力，作用時(shí)間很短，平均作用力很大，且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受的外力，所以可以認(rèn)為碰撞、爆炸過(guò)程中系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。 相 相 同 同 點(diǎn) 點(diǎn) 能量情況 都滿足能量守恒，總能量保持不變 不 不 同 同 點(diǎn) 點(diǎn) 動(dòng)能、機(jī)械能情況 有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能會(huì)增加，機(jī)械能不守恒。 彈性碰撞時(shí)動(dòng)能不變，非彈性碰撞時(shí)動(dòng)能要損失，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)。 能，動(dòng)能減少，機(jī)械能不守恒。 探究點(diǎn)四、漫步科學(xué) 抽象與概括 抽象與概括： 物理概念是運(yùn)用抽象、概括等方法進(jìn)行思維加工的產(chǎn)物。為了揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律，往往需要根據(jù)研究對(duì)象和問(wèn)題的特點(diǎn)，

9、從研究的目的出發(fā)，忽略個(gè)別的、非本質(zhì)的屬性，抽取共同的、本質(zhì)的屬性進(jìn)行研究，這是一種抽象的思維方法。把事物共同的、本質(zhì)的屬性提煉出來(lái)，從而推廣到同類事物上去，找到事物的共同屬性，這是一種概括的思維方法。 在動(dòng)量概念的建立過(guò)程中，物理學(xué)家研究了各種各樣的碰撞現(xiàn)象，尋找物理量來(lái)揭示運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)："每個(gè)物體所具有的動(dòng)量在碰撞后可以增多或減少，但是在碰撞前后系統(tǒng)的這一量值卻保持不變'?？茖W(xué)前輩就是在追尋不變量的努力中，通過(guò)抽象、概括等方法提出了動(dòng)量的概念，并通過(guò)動(dòng)量守恒定律建立了自然界的相互聯(lián)系。 課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié) 1. 彈性碰撞：碰撞過(guò)程中機(jī)械能守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。

10、(1) 規(guī)律：動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒 (2) 能量轉(zhuǎn)化情況：系統(tǒng)動(dòng)能沒(méi)有損失 2 非彈性碰撞：碰撞過(guò)程中機(jī)械能減小，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。 (1) 規(guī)律：動(dòng)量守恒、機(jī)械能減小 (2) 能量轉(zhuǎn)化情況：系統(tǒng)動(dòng)能損失 3. 完全非彈性碰撞：碰撞后兩物體連在一起運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 4. 對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞 隨堂練習(xí) 例 1、(單選）質(zhì)量相等的 a、b 兩球在光滑水平面上沿同一條直線、在同一方向上運(yùn)動(dòng)，a 球的動(dòng)量 pa9 kgm/s，b 球的動(dòng)量 pb3 kgm/s。a 球追上 b 球時(shí)發(fā)生碰撞，則 a、b 兩球碰撞后的動(dòng)量可能是( ) apa6 kgm/s，pb6 kgm/s bpa8 kgm/s，p

11、b4 kgm/s cpa2 kgm/s，pb14 kgm/s dpa4 kgm/s，pb17 kgm/s 【答案】：a 【解析】：設(shè) a、b 兩球的質(zhì)量均為 m，以 a、b 為系統(tǒng)，系統(tǒng)受外力之和為零，a、b 組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，即 papbpapb9 kgm/s3 kgm/s12 kgm/s，故先排除了 d 項(xiàng)。a、b 碰撞前的動(dòng)能之和應(yīng)大于或等于碰撞后的動(dòng)能之和，即 ekaekbekaekb；ekaekbmp a22mp b22 m 29 81+jm 290j，ekaekbmp a22¢mp b22¢，將 a、b、c 三項(xiàng)數(shù)據(jù)代入又可排除 c 項(xiàng)。a、b兩球碰撞后沿同一

12、方向運(yùn)動(dòng)，后面 a 球的速度應(yīng)小于或等于 b 球的速度，即 vavb，代入數(shù)據(jù)可排除 b 項(xiàng)，故 a 正確。 例 2、(單選）在光滑的水平面上有三個(gè)完全相同的小球，它們?cè)谕粭l直線上，2、3 小球靜止，并靠在一起，1 小球以速度 v 0 射向它們，如圖所示。設(shè)碰撞中不損失機(jī)械能，則碰后三個(gè)小球的速度可能值是( ) av 1 v 2 v 3 31v 0 bv 1 0，v 2 v 3 21v 0 cv 1 0，v 2 v 3 21v 0 dv 1 v 2 0，v 3 v 0 【答案】：d 【解析】：兩個(gè)質(zhì)量相等的小球發(fā)生彈性正碰，碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，碰撞后將交換速度，故 d 正確。 例3、(多選)質(zhì)量為 m 的帶有 41光滑圓弧軌道的小車靜止置于光滑水平面上，如圖所示，一質(zhì)量也為m 的小球以速度 v 0 水平?jīng)_上小車，到達(dá)某一高度后，小球又返回小車的左端，則( ) a小球以后將向左做平拋運(yùn)動(dòng) b小球?qū)⒆鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng) c此過(guò)程小球?qū)π≤囎龅墓?21mv 0 2 d小球在弧形軌道上升的最大高度為gv220 【答案】：bc 【解析】：小球上升到最高點(diǎn)時(shí)與小車相對(duì)靜止，有相同的速度 v，由動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律有 mv 0 2mv， 2