资源简介

(共53张PPT)
5　弹性碰撞和非弹性碰撞
素养 目标定位
目标素养
1.知道弹性碰撞、非弹性碰撞的特点,了解正碰(对心碰撞),形成正确的物理观念
2.会分析具体实例中的碰撞特点及类型
3.会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题,培养分析解答实际问题的能力
知识概览
课前 基础认知
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
1.弹性碰撞:如果系统在碰撞前后　动能　不变,这类碰撞叫作弹性碰撞。
2.非弹性碰撞:如果系统在碰撞前后动能　减少　,这类碰撞叫作非弹性碰撞。
微判断1.发生碰撞的两个物体,外力远小于内力时,系统动量近似守恒。(　　)
2.发生碰撞的两个物体,机械能是守恒的。(　　)
3.碰撞后,两个物体粘在一起,动量是守恒的,但机械能损失是最大的。(　　)
4.在空中爆炸的炮弹由于受到重力作用,动量不守恒。(　　)
√
×
√
×
二、弹性碰撞的实例分析
物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生正碰,碰撞后它们的速度分别为
1.若m1=m2,这时有v1'= 0 ,v2'= v1 ,这表示第一个物体的速度由v1变为0,而第二个物体由静止开始运动,运动的速度等于第一个物体原来的速度。
2.若m1 m2,这时有v1'= v1,v2'= 2v1。这表示碰撞后,第一个物体的速度几乎没有改变,而第二个物体以2v1的速度被撞出去。
3.若m1 m2,这时有v1'= -v1 ,v2'= 0 。这表示碰撞以后,第一个物体被弹了回去,以原来的速率向反方向运动,而第二个物体仍然静止。
微思考 一个大理石球对心撞击一排与该大理石球完全相同的球时,所有球在同一直线上,运动将传递给最后一个球,其余的球毫无影响。
你能解释这是为什么吗
提示:该碰撞为弹性碰撞,满足动量守恒定律,没有动能损失,碰后一排球交换速度。
课堂 重难突破
一 碰撞的种类及特点
问题探究
如图所示,打台球时,质量相等的母球与目标球发生碰撞。
探究1:两个球一定交换速度吗
提示:不一定。只有质量相等的两个球发生一维弹性碰撞时,系统的总动量守恒,总机械能守恒,才会交换速度。
探究2:碰撞一定是对心碰撞吗
探究3:无论发生哪种碰撞动量总守恒吗
提示:母球与目标球碰撞时,对心碰撞和非对心碰撞都有可能发生。
提示:无论发生哪种碰撞内力远大于外力,动量总守恒。
归纳总结
1.碰撞过程的四个特点。
(1)时间短:在碰撞现象中,相互作用的时间很短。
(2)相互作用力大:碰撞过程中,相互作用力先急剧增大,后急剧减小,平均作用力很大。
(3)位移小:碰撞过程是在一瞬间发生的,时间极短,在物体发生碰撞的瞬间,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞前后仍在同一位置。
(4)满足动量守恒的条件:系统的内力远远大于外力,所以即使系统所受合外力不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒。
2.碰撞的种类及特点。
如图所示,以质量为mA、速度为vA的小球A与质量为mB、速度为vB(不一定与vA同向)的小球B发生碰撞为例,分别讨论以下三种情况。
(3)速度要符合情境。
①如果碰前两物体同向运动,则后面物体的速度必大于前面物体的速度,即v后>v前,否则无法实现碰撞。
②如果碰前两物体同向运动,则碰撞后,原来在前的物体的速度一定增大,且原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度。即v前'≥v后',否则碰撞没有结束。
③如果碰前两物体是相向运动,则碰后两物体的运动方向不可能都不改变,除非两物体碰撞后速度均为零。
典型例题
【例1】 如图所示,A、B两球在光滑水平面上沿同一直线同向做匀速直线运动,已知它们的质量分别为mA=2 kg、mB=4 kg,球A的速度是5 m/s,球B的速度是2 m/s,则它们发生正碰后,其速度可能分别为(　　)
A.vA'=1 m/s,vB'=4 m/s
B.vA'=4 m/s,vB'=2.5 m/s
C.vA'=2 m/s,vB'=3 m/s
D.vA'=-1 m/s,vB'=5 m/s
答案:A
【例2】 (2025·江苏卷)如图所示,在光滑水平面上,左右两列相同的小钢球沿同一直线放置,每列有n个。在两列钢球之间,一质量为m的玻璃球以初速度v0向右运动,与钢球发生正碰。所有球之间的碰撞均视为弹性碰撞。
二 三类碰撞拓展模型
提示:小球相对小车上升的过程中,二者的总动能在减小,减小的动能转化为小球的重力势能;小球相对小车返回的过程中,二者的总动能在增加,增加的动能是由小球减小的重力势能转化来的。
探究1:整个过程中小球和小车组成的系统动量守恒吗
探究2:整个过程中小球和小车的总动能是怎么变化的
提示:小球和小车组成的系统动量不守恒,但在水平方向上系统动量守恒。
归纳总结
1.“滑块—弹簧”模型
模型
图示
水平地面光滑　　平行且光滑的水平杆
规律
方法 (1)动量守恒:两个物体与弹簧相互作用的过程中,若系统所受外力的矢量和为零,则系统动量守恒
(2)机械能守恒:系统所受外力的矢量和为零或除弹簧弹力以外的内力不做功,系统机械能守恒
(3)弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等,弹性势能最大,系统动能通常最小(相当于完全非弹性碰撞,两物体减少的动能转化为弹簧的弹性势能)
(4)弹簧恢复原长时,弹性势能为零,系统动能最大(相当于刚完成弹性碰撞)
2.“滑块—斜(曲)面”模型
模型
图示
接触面光滑　　　　水平杆光滑,细绳不能伸长
规律
方法
3.“子弹打木块”模型和“滑块—木板”模型
模型
图示
水平地面光滑　 　　水平地面光滑　　
规律
方法 (1)动量规律:若系统所受外力的矢量和为零,则系统动量守恒
(2)能量规律:系统机械能不守恒,摩擦力与两者相对位移的乘积等于系统减少的机械能,当两者的速度相等时,系统机械能损失最大
(3)相对运动特点:当两者的速度相等时木块(滑板)的速度最大,两者的相对位移也最大
典型例题
【例3】 (多选)如图所示,一轻质弹簧两端连着木块A和木块B,放在光滑水平面上,一颗子弹以水平速度v0射入木块A并留在其中(时间极短)。已知木块A的质量为m,木块B的质量为2m,子弹的质量为m,则(　　)
ACD
【例5】 如图所示,MNP为一段光滑轨道,其中MN段是半径为R的圆弧形轨道,M与圆心的连线水平,NP是足够长的水平直轨道,MN与NP在N点平滑连接。滑块A从M点静止释放,在水平轨道某位置静止放置一长l的木板B,木板左右两侧各有一固定挡板,紧靠木板右挡板放置一滑块C,滑块A在NP轨道上与木板B发生碰撞(碰撞时间极短)。若A、B、C三者质量均为m,滑块A、C均可视为质点,A与B之间、C与挡板之间的碰撞均为弹性碰撞,B、C之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。
成 果 验 收 站
1.相向运动的A、B两辆小车相撞后,一同沿A原来的方向前进,这是由于(　　)
A.A车的质量一定大于B车的质量
B.A车的速度一定大于B车的速度
C.A车的动量一定大于B车的动量
D.A车的动能一定大于B车的动能
答案:C
解析:总动量方向与A车原来的动量方向相同,因此有A车的动量大于B车的动量。
2.(多选)如图所示,质量相等的A、B两个球,原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动,A球的速度是6 m/s,B球的速度是-2 m/s,一段时间后A、B两球发生了对心碰撞。对于该碰撞之后的A、B两球的速度可能值,某实验小组的同学们做了很多种猜测,下面的猜测结果可能实现的是(　　)
A.vA'=-2 m/s,vB'=6 m/s
B.vA'=2 m/s,vB'=2 m/s
C.vA'=1 m/s,vB'=3 m/s
D.vA'=-3 m/s,vB'=7 m/s
答案:ABC
解析:两球碰撞前后应满足动量守恒定律及碰后两球的动能之和不大于碰前两球的动能之和。即mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB'①,
选项D满足①式,但不满足②式,选项A、B、C都满足。
4.(多选)如图所示,与水平轻弹簧相连的物体A停放在光滑的水平面上,物体B沿水平方向向右运动,跟轻弹簧相碰,在物体B跟轻弹簧相碰后,对于物体A、B和轻弹簧组成的系统,下列说法正确的是(　　)
A.轻弹簧压缩量最大时,物体A、B的速度相同
B.轻弹簧压缩量最大时,物体A、B的动能之和最小
C.轻弹簧被压缩的过程中,系统的总动量不断减少
D.物体A的速度最大时,轻弹簧的弹性势能为零
答案:ABD
解析:物体B与轻弹簧接触时,轻弹簧发生形变,产生弹力,可知物体B做减速运动,物体A做加速运动,当两者速度相等时,轻弹簧的压缩量最大,选项A正确;物体A、B和轻弹簧组成的系统能量守恒,轻弹簧压缩量最大时,弹性势能最大,此时物体A、B的动能之和最小,选项B正确;轻弹簧被压缩的过程中,物体A、B和轻弹簧组成的系统动量守恒,选项C错误;当两者速度相等时,轻弹簧的压缩量最大,然后物体A继续加速,物体B继续减速,轻弹簧逐渐恢复原长,当轻弹簧恢复原长时,物体A的速度最大,此时轻弹簧的弹性势能为零,选项D正确。
5.(2026·黑、吉、辽、内蒙古卷)如图所示,光滑水平面上一质量mA=0.4 kg的木板,其右端通过轻弹簧连接质量mB=0.1 kg的物块,此时弹簧的伸长量x0=0.1 m,物块和木板均静止。质量mC=0.1 kg的小球(可视为质点)通过长l=0.9 m的轻绳悬于O点。小球从绳与竖直方向成θ=60°角处由静止释放,摆至最低点时与木板右端发生弹性碰撞,时间极短。重力加速度g取10 m/s2。
(1)求碰撞后瞬间木板的速度大小vA。
(2)弹簧的压缩量第一次为x0时,物块的速度大小为vB=0.8 m/s,方向向左。求木板与物块间的动摩擦因数μ。
答案:(1)1.2 m/s　(2)0.28

展开更多......

收起↑