選修3-5：碰撞(新人教版)

第4節(jié)碰撞

教材分析

不要把這節(jié)當(dāng)做新的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)該把它看成動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律的習(xí)題課。本節(jié)回顧第1節(jié)的演示實(shí)驗(yàn)，提出了彈性碰撞的概念，進(jìn)而提出非彈性碰撞的概念。通過“思考與討論”，進(jìn)行理論推導(dǎo)，從而解釋了第1節(jié)的演示實(shí)驗(yàn)。明確對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞的概念，進(jìn)一步介紹了微觀粒子的碰撞現(xiàn)象——散射。最后介紹了中子的發(fā)現(xiàn)過程，讓學(xué)生進(jìn)一步了解動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用。

引入思路：

碰撞問題，遵循動(dòng)量守恒定律學(xué)生已經(jīng)明確，這時(shí)可以向?qū)W生提出兩個(gè)物體碰撞前后其能量是否守恒的問題。因?yàn)樵谔幚砼鲎矄栴}過程中，學(xué)生往往關(guān)注的是動(dòng)量及動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用，而對(duì)系統(tǒng)的總能量是否守恒的問題容易忽視。ks5u精品課件（江蘇于正華）

探究：

P14思考與討論在本章第一節(jié)開始的演示中，一個(gè)鋼球與另一個(gè)靜止的鋼球相碰，如果兩個(gè)鋼球的質(zhì)量相等，第一個(gè)鋼球停止運(yùn)動(dòng)，第二個(gè)鋼球能擺到同樣的高度，說明這個(gè)碰撞過程中沒有能量損失，碰撞過程能量守恒。碰撞過程中能量總要守恒嗎？下面分析一個(gè)例子。如圖16.4-1，兩個(gè)物體的質(zhì)量都是m，碰撞以前一個(gè)物體靜止，另一個(gè)以速度v向它撞去。碰撞以后兩個(gè)物體粘在一起，成為一個(gè)質(zhì)量為2m的物體，以速度v’繼續(xù)前進(jìn)。這個(gè)碰撞過程中能量（總動(dòng)能）守恒嗎？可以先根據(jù)動(dòng)量守恒定律求出碰撞后的共同速度v’，用v表示它，然后分別計(jì)算碰撞前后的總動(dòng)能。實(shí)質(zhì)上又是一個(gè)科學(xué)探究過程（理論探究）圖16.4-1碰撞后兩個(gè)物體結(jié)合在一起，碰撞過程中能量守恒嗎？ks5u精品課件（江蘇于正華）【例1】質(zhì)量m1=10g的小球在光得的水平面上以v1=30cm／s的速度向右運(yùn)動(dòng)，恰遇上質(zhì)量m2=50g的小球以v2=10cm／s的速度向左運(yùn)動(dòng)。碰撞后，小球m2恰好靜止。那么碰撞后小球m1的速度多大?方向如何?探究過程：P15思考與討論……我們的任務(wù)是得出用m1、m2、v1表達(dá)v1’和v2’的公式。碰撞過程都要遵從動(dòng)量守恒定律……彈性碰撞中沒有機(jī)械能損失……兩個(gè)方程聯(lián)立，把v1’和v2’作為未知量解出來就可以了。（落實(shí)探究精神，改變學(xué)習(xí)方式）

一、彈性碰撞和非彈性碰撞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。ks5u精品課件（江蘇于正華）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)能的碰撞稱為非彈性碰撞。

(2)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。（試試如何推導(dǎo)？）

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。【例2】如圖所示，P物體與一個(gè)連著彈簧的Q物體正碰，碰撞后P物體靜止，Q物體以P物體碰撞前速度v離開，已知P與Q質(zhì)量相等，彈簧質(zhì)量忽略不計(jì)，那么當(dāng)彈簧被壓縮至最短時(shí)，下列的結(jié)論中正確的應(yīng)是()A．P的速度恰好為零B．P與Q具有相同速度C．Q剛開始運(yùn)動(dòng)D．Q的速度等于v

ks5u精品課件（江蘇于正華）【例3】：如圖所示，質(zhì)量為M的重錘自h高度由靜止開始下落，砸到質(zhì)量為m的木楔上沒有彈起，二者一起向下運(yùn)動(dòng)．設(shè)地層給它們的平均阻力為F，則木楔可進(jìn)入的深度L是多少？第一階段，對(duì)重錘有：第二階段，對(duì)重錘及木楔有Mv+0=（M+m）．第三階段，對(duì)重錘及木楔有ks5u精品課件（江蘇于正華）【例4】在光滑水平面上，有A、B兩個(gè)小球向右沿同一直線運(yùn)動(dòng)，取向右為正，兩球的動(dòng)量分別是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如圖所示．若能發(fā)生正碰，則碰后兩球的動(dòng)量增量△pA、△pB可能是

（）

A．△pA=-3kgm/s；△pB=3kgm/s

B．△pA=3kgm/s；△pB=3kgm/s

C．△pA=-10kgm/s；△pB=10kgm/s

D．△pA=3kgm/s；△pB=-3kgm/s解決此類問題的依據(jù)①系統(tǒng)動(dòng)量守恒；②系統(tǒng)的總動(dòng)能不能增加；③系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)的能量減少量；④碰撞中每個(gè)物體動(dòng)量的增量方向一定與受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向運(yùn)動(dòng)，則后面物體的速度不能大于前面物體的速度．正確答案為Aks5u精品課件（江蘇于正華）

二、對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞1．對(duì)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(duì)心碰撞，也叫正碰。注意：發(fā)生對(duì)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(duì)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(huì)偏離原來兩球心的連線。這種碰撞稱為非對(duì)心碰撞，也叫斜碰。斜碰也遵循動(dòng)量守恒定律，但情況較復(fù)雜，中學(xué)階段不作要求。ks5u精品課件（江蘇于正華）三、散射1、散射：在粒產(chǎn)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(duì)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。ks5u精品課件（江蘇于正華）2、如何正確理解非對(duì)心碰撞與散射?

詮釋

(1)非對(duì)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)量守恒用分量式表示．如：

(2)在用α粒子轟擊金箔時(shí)，α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θ滿足以下關(guān)系式．

其中Z為金原子的原子序數(shù)，M是α粒子的質(zhì)量，εo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，θ越大．當(dāng)b＝o時(shí)，θ＝π，α粒子好像被彈回來一樣．．ks5u精品課件（江蘇于正華）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(guó)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ks5u精品課件（江蘇于正華）

學(xué)習(xí)要求;（1）對(duì)于彈性碰撞和非彈性碰撞的學(xué)習(xí)，根據(jù)課本中“思考與討論”的提示，自己能分析列出方程，解出結(jié)果后，再做討論。