2020-2021學年高中物理人教版選修3-5配套學案：第十六章 第四節(jié)　碰撞 Word版含解析

1、第四節(jié)碰撞【素養(yǎng)目標定位】了解什么是彈性碰撞和非彈性碰撞知道什么是對心碰撞和非對心碰撞及散射現(xiàn)象會運用動量守恒定律分析、解決碰撞等相互作用的問題【素養(yǎng)思維脈絡】課前預習反饋教材梳理·夯基固本·落實新知知識點1彈性碰撞和非彈性碰撞1彈性碰撞如果碰撞過程中_機械能_守恒，這樣的碰撞叫做彈性碰撞。2非彈性碰撞(1)非彈性碰撞：如果碰撞過程中_機械能_不守恒，這樣的碰撞叫做非彈性碰撞。(2)完全非彈性碰撞：是非彈性碰撞的特例，這種碰撞的特點是碰后_粘在一起_(或碰后具有共同的速度)，其動能損失_最大_。知識點2對心碰撞與非對心碰撞1對心碰撞(正碰)一個運動的球與一個靜止的球碰撞，碰

2、撞之前球的運動速度與_兩球心_的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會沿著_這條直線_。2非對心碰撞一個運動的球與一個靜止的球碰撞，碰撞之前球的運動速度與_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_偏離_原來兩球心的連線。知識點3散射1定義微觀粒子碰撞時，微觀粒子相互接近時并不像宏觀物體那樣_相互接觸_而發(fā)生的碰撞。2散射方向由于粒子與物質微粒發(fā)生對心碰撞的概率_很小_，所以多數(shù)粒子碰撞后飛向四面八方。 思考辨析判一判(1)兩物體間發(fā)生瞬間碰撞，動量一定守恒，動能可能不守恒。()(2)兩物體間發(fā)生碰撞，動量和動能都守恒。(×)(3)兩物體發(fā)生斜碰時，動量不守恒。(&

3、#215;)(4)微觀粒子的散射現(xiàn)象的發(fā)生是因為粒子與物質微粒發(fā)生了對心碰撞。(×)(5)碰撞后，兩個物體粘在一起，動量是守恒的，但機械能損失是最大的。()選一選質量為ma1 kg，mb2 kg的小球在光滑的水平面上發(fā)生碰撞，碰撞前后兩球的位移時間圖像如圖所示，則可知碰撞屬于(a)a彈性碰撞b非彈性碰撞c完全非彈性碰撞d條件不足，不能確定解析：由xt圖像知，碰撞前va3 m/s，vb0，碰撞后va1 m/s，vb2 m/s，碰撞前動能mavmbvj，碰撞后動能mava2mbvb2j，故機械能守恒；碰撞前動量mavambvb3 kg·m/s，碰撞后動量mavambvb3 kg

4、·m/s，故動量守恒，所以碰撞屬于彈性碰撞。想一想五個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，你知道這是為什么嗎？答案：由于小球發(fā)生了彈性碰撞，碰撞中的動量和動能都守恒，發(fā)生了速度、動能的“傳遞”。課內互動探究細研深究·破疑解難·萃取精華探究碰撞的特點和分類思考討論1_如圖所示，取一只乒乓球，在球上挖一個圓孔，向球內填進一些橡皮泥或碎泡沫塑料，放在桌子的邊緣處，將玩具槍平放在桌面上，瞄準球的圓孔，扣動扳機，讓子彈射入孔中，與乒乓球一同水平拋出。只需測出球的質量m、子彈的質量m、桌面的高度h和乒乓球落

5、地點離桌子邊緣的水平距離s，就可估算出玩具槍子彈的射出速度v。你能推導出計算v的表達式嗎？試著做一下這個實驗。答案：能解析：子彈與乒乓球一起做平拋運動，結合平拋運動規(guī)律：sv0t，hgt2求出平拋初速度v0，此即為子彈與乒乓球作用后的共同速度，再根據(jù)動量守恒：mv(mm)v0可求出玩具槍子彈的射出速度v。歸納總結_1碰撞的種類及特點分類標準種類特點能量是否守恒彈性碰撞動量守恒，機械能守恒非彈性碰撞動量守恒，機械能有損失完全非彈性碰撞動量守恒，機械能損失最大碰撞前后動量是否共線對心碰撞(正碰)碰撞前后速度共線非對心碰撞(斜碰)碰撞前后速度不共線2碰撞和爆炸的比較名稱比較項目爆炸碰撞相同點過程特點

6、都是物體間的相互作用突然發(fā)生，相互作用的力為變力，作用時間很短，平均作用力很大，且遠大于系統(tǒng)所受的外力，所以可以認為碰撞、爆炸過程中系統(tǒng)的總動量守恒。能量情況都滿足能量守恒，總能量保持不變不同點動能、機械能情況有其他形式的能轉化為動能，動能會增加，機械能不守恒。彈性碰撞時動能不變，非彈性碰撞時動能要損失，動能轉化為內能，動能減少，機械能不守恒。特別提醒 (1)當遇到兩物體發(fā)生碰撞的問題，不管碰撞環(huán)境如何，要首先想到利用動量守恒定律。(2)對心碰撞是同一直線上的運動過程，只在一個方向上列動量守恒方程即可，此時應注意速度正、負號的選取。典例剖析_典例12019年3月16日，世界女子冰壺錦標賽在丹麥

7、錫爾克堡舉行，中國隊93輕取平昌冬奧會冠軍瑞典隊，取得開門紅。圖為比賽中中國運動員在最后一投中，將質量為19 kg的冰壺拋出，運動一段時間后以0.4 m/s的速度正碰靜止的瑞典冰壺，然后中國隊冰壺以0.1 m/s的速度繼續(xù)向前滑向大本營中心。若兩冰壺質量相等。求：(1)瑞典隊冰壺獲得的速度。(2)試判斷兩冰壺之間的碰撞是彈性碰撞還是非彈性碰撞。解題指導：解析：(1)由動量守恒定律知mv1mv2mv3將v10.4 m/s，v20.1 m/s代入上式得：v30.3 m/s。(2)碰撞前的動能e1mv0.08 m，碰撞后兩冰壺的總動能e2mvmv0.05 m因為e1>e2，所以兩冰壺的碰撞為非

8、彈性碰撞。答案：(1)0.3 m/s(2)非彈性碰撞對點訓練_1(2020·河南省八市高二下學期第二次聯(lián)考)如圖所示，兩個大小相同的小球a、b用等長的細線懸掛于o點，線長為l，ma2mb，若將a由圖示位置靜止釋放，在最低點與b球相碰，重力加速度為g，則下列說法正確的是(b)aa下落到最低點的速度是b若a與b發(fā)生完全非彈性碰撞，則第一次碰后a上升的最大高度是lc若a與b發(fā)生完全非彈性碰撞，則第一次碰時損失的機械能為mbgld若a與b發(fā)生彈性碰撞，則第一次碰后a上升的最大高度是l解析：a下落過程由機械能守恒：magl(1cos 60°)mav2，得v，故選項a錯誤；若a與b發(fā)生

9、完全非彈性碰撞，則有：mav(mamb)v，(mamb)v2(mamb)gh，解得：hl，故選項b正確；emav2(mamb)v2mbgl，故選項c錯誤；若a與b發(fā)生彈性碰撞，則有：mavmavambvb，mav2mavmbv，mavmagh，解得：hl，故選項d錯誤。探究分析碰撞問題的“三個原則”思考討論2_下圖是馬爾西發(fā)表的著作中的一幅插圖，一顆大理石球對心撞擊一排大小相等且同等質料的小球時，運動將傳遞給最后一個小球，其余的小球毫無影響。你能解釋這是為什么嗎？提示：該碰撞為彈性碰撞。滿足動量守恒、動能守恒，碰后速度“交換”。歸納總結_在所給的條件不足的情況下，碰撞結果有各種可能，但不管哪種

10、結果必須同時滿足以下三條：1動量守恒即p1p2p1p2。2動能不增加即ek1ek2ek1ek2或。3速度要符合情景如果碰前兩物體同向運動，則后面物體的速度大于前面物體的速度，即v后>v前，否則無法實現(xiàn)碰撞。碰撞后，原來在前的物體的速度一定增大，且原來在前的物體的速度大于或等于原來在后的物體的速度，即v前v后，否則碰撞沒有結束，如果碰前兩物體是相向運動，則碰后，兩物體的運動方向不可能都不改變，除非兩物體碰撞后速度均為零。典例剖析_典例2質量相等的a、b兩球在光滑水平面上均向右沿同一直線運動，a球的動量為pa9 kg·m/s，b球的動量為pb3 kg·m/s，當a球追上b

11、球時發(fā)生碰撞，則碰后a、b兩球的動量可能是(a)apa6 kg·m/s，pb6 kg·m/sbpa8 kg·m/s，pb4 kg·m/scpa2 kg·m/s，pb14 kg·m/sdpa4 kg·m/s，pb17 kg·m/s解題指導：依據(jù)分析碰撞問題的“三個原則”排除不符合“三個原則”的選項。解析：a、b組成的系統(tǒng)受合外力為0，系統(tǒng)動量守恒，即papbpapb9 kg·m/s3 kg·m/s12 kg·m/s，故先排除d項。a、b碰撞前的動能應大于或等于碰撞后的動能，即ekaekb

12、ekaekb，ekaekb(j)(j)ekaekb，將a、b、c三項數(shù)值代入可排除c項。a、b選項數(shù)據(jù)表明碰撞后兩球的動量均為正值，即碰后兩球沿同一方向運動。因a球的速度應小于或等于b球的速度，即vavb，而va>vb，因此又可排除b項。所以該題的正確選項為a。對點訓練_2如圖所示，在光滑的水平面上有一質量為0.2 kg的小球以5.0 m/s的速度向前運動，與質量為3.0 kg的靜止木塊發(fā)生碰撞，假設碰撞后木塊的速度是v木1 m/s，則(b)av木1 m/s這一假設是合理的，碰撞后球的速度為v球10 m/sbv木1 m/s這一假設是不合理的，因而這種情況不可能發(fā)生cv木1 m/s這一假設

13、是合理的，碰撞后小球被彈回來dv木1 m/s這一假設是可能發(fā)生的，但由于題給條件不足，v球的大小不能確定解析：假設這一過程可以實現(xiàn)，根據(jù)動量守恒定律得m1vm1v1m2v木，代入數(shù)據(jù)解得v110 m/s，這一過程不可能發(fā)生，因為碰撞后的機械能增加了。核心素養(yǎng)提升易錯警示·以題說法·啟智培優(yōu)彈性碰撞的一動一靜模型a球碰撞原來靜止的b球規(guī)律動量mav0mavambvb動能mavmavmbv碰后a、b球速度a球vav0b球vbv0討論mambva0，vbv0，兩球碰后交換了速度ma>mbva>0，vb>0，va、vb與v0同向ma<mbva<0，vb>0，碰后a球被彈回來案例如圖所示，b、c、d、e、f,5個小球并排放置在光滑的水平面上，b、c、d、e,4個球質量相等，而f球質量小于b球質量，a球的質量等于f球質量。a球以速度v0向b球運動，所發(fā)生的碰撞均為彈