人教版 (2019)选择性必修 第一册5 弹性碰撞和非弹性碰撞教案设计

导入新课

碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态……物体碰撞中动量的变化情况，前面已进行了研究。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？

思考自然界的碰撞情景中发生的能量变化。

提出问题，设置疑问。引出新课。

讲授新课

一、弹性碰撞和非弹性碰撞

1、碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。

2、碰撞的特点：

（1）作用时间极短

（2）内力远大于外力

（3）几乎在原位置进行

动量守恒

3、碰撞过程分析:

A小球初速度为V0,B小球静止,且mA>mB  .在光滑水平面上发生正碰.

（1）两球间作用力如何变化？

（2）两球运动状态如何变化？

（3）什么时候两球相距最近?系统动能和弹性势能分别有什么特点？

（4）当弹簧恢复原长时，系统动能和弹性势能分别有什么特点？

结论：①作用力F先变大后变小;

②两球距离先减小后增大

③动量守恒;系统减小的动能先转化为势能，势能又转化为动能。

4、碰撞的种类:

（1）完全非弹性碰撞:VA=VB  ΔEK最大，两球相距最近，

（2）非弹性碰撞 :    P=P΄  ，EK> EK΄， 两球不能恢复原状

（3）弹性碰撞:P=P΄ ，EK= EK΄ ，两球恢复原状。

例题：两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m的物体，以速度v’继续前进。这个碰撞过程中能量守恒吗？

根据动量守恒定律

碰撞后的共同速度

碰撞前的总动能

碰撞后的总动能

能量不守恒

课堂练习1、冰球运动员甲的质量为80.0kg。当他以5.0 m/s的速度向前运动时，与另一质量为100 kg、速度为3.0 m/s的迎面而来的运动员乙相撞。碰撞后甲恰好静止。假设碰撞时间极短，求：

(1)碰撞后乙的速度的大小；

(2)碰撞中总机械能的损失。

思考：如果碰撞后两球粘连在一起，则各球速度又是多少？动能的损失又是多少？一，两次分别属于什么碰撞？

属于非弹性碰撞和完全非弹性碰撞

二、弹性碰撞的实例分析：

一维弹性碰撞的碰后速度的确定

课堂练习2、在光滑的水平面上有A、B两球，其质量分别为mA、mB，两球在t0时刻发生正碰，并且在碰撞过程中无机械能损失，两球在碰撞前后的速度—时间图象如图所示，下列关系式正确的是（        ）

A．mA>mB　　　 B．mA<mB

C．mA＝mB    D．无法判断

答案：B

拓展：

画出mA＝mB；mA>mB这两种情况下A、B的v-t图象

弹性碰撞（机械能守恒）——“一动一静模型”

①若m1=m2，则 ，等质量物体弹性碰撞速度交换（如打台球）

②若 m1 >m2 ,   则，大撞小，同向跑(如运动钢球碰静止玻璃球)

③若 m1 >>m2 , 则                                     

④若 m1 <m2 ,  则，小撞大，被弹回(如运动玻璃球碰静止钢球)

⑤若 m1 <<m2 , 则                              

思考讨论

若在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B，以初速度v1、v2运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为v1’和v2’分别是多大？

碰撞过程中系统动量守恒

弹性碰撞中没有机械能损失

解得：

若v2=0时，结论与前面的是否相同？

课堂练习3、两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA＝1 kg，mB＝2 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s，当球A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)(　　)

A．vA′＝5 m/s，vB′＝2.5 m/s

B．vA′＝2 m/s，vB′＝4 m/s

C．vA′＝－4 m/s，vB′＝7 m/s

D．vA′＝7 m/s，vB′＝ 1.5 m/s

1.碰撞前后动量守恒：P=mAvA+mBvB=10kg.m/s    

2.如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．即碰撞后：A的速度减小，或反向，B的速度增大。

3.系统的总动能不能增加

答案：B

碰撞可能性判断的三个依据:

分析碰撞问题时的关键点

（1）遵守动量守恒定律。

（2）系统的动能应不增加。

（3）碰撞后各物体的运动情况要符合实际情况。

回忆碰撞的概念和特点。

分析碰撞过程中的受力情况。

通过对碰撞中能量变化的分析，对碰撞进行分类。

完成课本例题。

完成课堂练习。

分析弹性碰撞的实例。

完成课堂练习。

分析“一动一静模型”中的几种情况。

完成思考讨论。

完成课堂练习。

总结碰撞发生的三个约束条件。

通过对碰撞过程中的受力和能量转化分析，引出下一步对碰撞中能量的计算。

通过例题，更好的理解碰撞过程中的能量转化情况。

对弹性碰撞的实例进行分析，提高学生的科学推导能力。

让学生级和实例分析弹性碰撞的几种情况，加深印象。

通过思考讨论，提升学生解决问题的能力和结合所学知识拓展的能力。

拓展提高

1、(多选)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,下列现象可能的是(　　)

A.若两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开

B.若两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行

C.若两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开

D.若两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行

解析：碰撞前、后两小球组成的系统总动量守恒。碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,所以选项A是可能的;若碰撞后两球以某一相等速率同向而行,则两球的总动量不为零,所以选项B不可能;碰撞前、后系统的总动量的方向不同,所以动量不守恒,选项C不可能;碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,选项D是可能的。

答案：AD

2、如图所示,在光滑水平面上,用等大异向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA<mB,经过相同的时间后同时撤去两力,以后两物体相碰并黏合为一体,则黏合体最终将(　　)

A.静止  B.向右运动

C.向左运动 D.无法确定

解析:选取A、B两个物体组成的系统为研究对象,整个运动过程中,系统所受的合外力为零,所以动量改变量为零。初始时刻系统静止,总动量为零,最后黏合体的动量也为零,即黏合体静止,所以选项A正确。

答案：A

3、在沙堆上有一木块,质量m0=5 kg,木块上放一爆竹,质量m=0.10 kg。点燃爆竹后木块陷入沙中深5 cm,若沙对木块运动的阻力恒为58 N,不计爆竹中火药质量和空气阻力。求爆竹上升的最大高度。(g取10 m/s2)

解析：火药爆炸时内力远大于重力,所以爆炸时动量守恒,设v、v'分别为爆炸后爆竹和木块的速率,取向上的方向为正方向,

由动量守恒定律得mv-m0v'=0①

木块陷入沙中做匀减速运动到停止,其加速度为a=1.6m/s2

木块做匀减速运动的初速度v’=0.4m/s

②代入①式,得v=20 m/s

爆竹以初速度v做竖直上抛运动,上升的最大高度为20m

完成拓展提高练习题。

通过完成练习题，总结基础知识。

课堂小结

一、弹性碰撞：动量守恒，能量守恒

二、非弹性碰撞：动量守恒，能量不守恒

三、碰撞发生的原则

总结本节课所学知识。

帮助学生梳理基础知识，构建知识框架。

板书