高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册碰撞导学案

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册碰撞导学案，共10页。学案主要包含了碰撞的分类，中子的发现等内容，欢迎下载使用。

一、碰撞的分类
1.弹性碰撞:碰撞过程中,系统总机械能 的碰撞。即碰撞前后两滑块的总动能 的碰撞称为弹性碰撞,又称完全弹性碰撞。
2.非弹性碰撞:碰撞过程中机械能有 ,碰撞后系统的总机械能 碰撞前系统的总机械能。
3.完全非弹性碰撞:碰撞后两物体粘在一起,以相同的速度运动,这种碰撞系统机械能损失 。
[微点拨]
碰撞时内力远大于外力,且碰撞时间极短,系统动量可以看作守恒;如两个物体碰撞后结合在一起为完全非弹性碰撞。
二、中子的发现
1.1928年,德国物理学家玻特用α粒子去轰击金属铍时,发现有一种贯穿力很强的 。
2.法国物理学家约里奥·居里夫妇用玻特发现的射线去轰击石蜡,结果从石蜡中打出了 。
3.1932年,英国物理学家 研究这种中性射线,发现了 。
1.判断下列两种碰撞的类型。
(1)滑块碰撞后分开,属于 碰撞;
(2)滑块碰撞后粘连,属于 碰撞。
2.如图所示,打台球时,质量相等的母球与目标球发生碰撞,两个球一定交换速度吗?碰撞一定是对心碰撞吗?
新知学习(一)|碰撞的分类和理解
[任务驱动]
牛顿摆是由法国物理学家伊丹马略特最早于1676年提出的,如图甲所示,五个质量相同的钢球由等长的吊绳固定,彼此紧密排列。当摆动最左侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球,会出现最左侧和中间的三个钢球保持不动,仅有最右边的球被弹出,如图乙所示。请思考为什么?
[重点释解]
1.碰撞过程的五个特点
(1)时间特点:在碰撞现象中,相互作用的时间很短。
(2)相互作用力的特点:在相互作用过程中,相互作用力先是急剧增大,然后急剧减小,平均作用力很大。
(3)动量的特点:系统的内力远远大于外力,所以系统即使所受合外力不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒。
(4)位移特点:碰撞过程时间极短,在物体发生碰撞瞬间,可忽略物体的位移,认为物体在碰撞前后仍在原位置。
(5)能量特点:碰撞前总动能Ek与碰撞后总动能Ek'满足Ek≥Ek'。
2.碰撞的规律
(1)碰撞的种类及遵循的规律
(2)特殊的弹性碰撞——运动物体碰静止物体
[典例体验]
[典例] 质量分别为300 g和200 g的两个物体在无摩擦的水平面上相向运动,速度分别为50 cm/s和100 cm/s。
(1)如果两物体碰撞并粘合在一起,求它们共同的速度大小;
(2)求碰撞后损失的动能;
(3)如果碰撞是弹性碰撞,求两物体碰撞后的速度大小。

/方法技巧/ 处理碰撞问题的三点提醒
[针对训练]
1.在光滑水平面上,质量为m的小球A正以速度v0匀速运动。某时刻小球A与质量为3m的静止小球B发生正碰,两球相碰后,A球的动能恰好变为原来的14。则碰后B球的速度大小是( )
A.v02 B.v06
C.v02或v06 D.无法确定
2.在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动。在小球的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,如图所示。小球A与小球B发生正碰后小球A、B均向右运动。小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇,PQ=1.5PO。假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性碰撞,求两小球质量之比m1m2。
新知学习(二)|碰撞问题的合理性分析与判断
[重点释解]
碰撞问题遵循的三个原则
(1)系统动量守恒,即p1+p2=p1'+p2'。
(2)系统动能不增加,即Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'或p122m1+p222m2≥p1'22m1+p2'22m2。
(3)速度要合理:
①碰前两物体同向,即v后>v前,碰后原来在前面的物体速度一定增大,且v前'≥v后'。
②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。
[典例体验]
[典例] A、B两球在水平光滑轨道上向同方向运动,已知它们的动量分别是p1=5 kg·m/s,p2=7 kg·m/s,A从后面追上B并发生碰撞,碰后B球的动量变为10 kg·m/s,则两球质量m1与m2间的关系可能是( )
A.m1=m2B.2m1=m2
C.4m1=m2D.6m1=m2
听课记录:
[变式拓展] 对应[典例]的情境,若mA=1 kg,mB=2 kg,vA=6 m/s,vB=2 m/s,当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是( )
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
/方法技巧/
处理碰撞问题的思路
(1)对一个给定的碰撞,首先要看动量是否守恒,其次再看总机械能是否增加。
(2)一个符合实际的碰撞,除动量守恒外还要满足能量守恒,同时注意碰后的速度关系。
(3)要灵活运用Ek=p22m或p=2mEk,Ek=12pv或p=2Ekv几个关系式。

[针对训练]
1.(2024·成都高二检测)(多选)在光滑水平面上,质量为m的小球1以速度v0与质量为2m的静止小球2发生正碰,碰后小球1的速度大小是13v0。则小球2的速度大小可能是( )
A.13v0B.23v0
C.32v0D.3v0
2.质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,A球的动量是7 kg·m/s,B球的动量是5 kg·m/s,当A球追上B球发生碰撞,则碰撞后A、B两球的动量可能值是( )
A.pA'=6 kg·m/s,pB'=6 kg·m/s
B.pA'=3 kg·m/s,pB'=9 kg·m/s
C.pA'=-2 kg·m/s,pB'=14 kg·m/s
D.pA'=-4 kg·m/s,pB'=17 kg·m/s
3.(2025·自贡阶段练习)如图所示,物体A、B放在光滑的水平面上,且两物体间有一定的间距。t=0时刻,分别给物体A、B一向右的速度,物体A、B的动量大小均为p=12 kg·m/s,经过一段时间两物体发生碰撞,已知碰后物体B的动量变为pB=16 kg·m/s,两物体的质量分别为mA、mB,则下列说法正确的是( )
A.物体A的动量增加4 kg·m/s
B.物体A的质量可能大于物体B的质量
C.若碰后两物体粘合在一起,则mA∶mB=1∶2
D.若该碰撞无机械能损失,则mA∶mB=7∶5

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
◉物理观念——牛顿摇篮
1.(选自鲁科版教材“迷你实验室”)如图1所示的装置常称为“牛顿摇篮”,让这些球碰撞,可出现有趣的现象。若拉起最左端一球,由静止释放,则会把最右端一球撞出,其他球静止不动;若拉起左端两球同时释放,则会把右端两球撞出,其他球静止不动。请试着拉起更多的球同时释放,看看撞击后会有怎样的结果。
若没有“牛顿摇篮”,你还可用质量、体积都相同的多粒玻璃珠按照如图2所示的方法试一试。当将一粒玻璃珠弹向一排整齐紧挨的玻璃珠时,最外边的那颗玻璃珠会被弹出。
你能解释出现这些现象的原因吗?
◉科学探究——沙摆
2.(选自鲁科版教材课后练习)沙摆是一种用来测量子弹速度的简单装置。如图所示,将质量为M的沙箱用长为l的细绳悬挂起来,一颗质量为m的子弹水平射入沙箱(未穿出),使沙箱发生摆动。测得沙箱最大摆角为α,求子弹射击沙箱时的速度。请陈述这样测试的原理。
◉科学态度与责任——计算中子的质量
3.(选自粤教版教材课后练习)1930年,科学家用放射性物质中产生的α粒子轰击铍原子时,产生了一种看不见的、贯穿能力很强的不带电粒子,为了弄清楚这是一种什么粒子,人们用它分别去轰击氢原子和氮原子,结果从中打出了氢核和氮核,以此推算出该粒子的质量,从而确定该粒子为中子,设氢核质量为mH,打出后速度为vH,氮核质量为氢核质量的14倍,打出后速度为vN。假设中子与它们的碰撞为弹性碰撞,试推算中子的质量。
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1.(2024年1月·甘肃高考适应性演练)游乐场里小明坐在一辆小车里,车前方有一静止排球,排球前面6 m处有一面墙。小华用力推了一下小车后,小车以2 m/s的速度撞向排球。排球被撞后向前运动,被墙壁反弹后再次与小车正面相撞。忽略小车、排球与地面的摩擦,碰撞均视为弹性碰撞,与小车两次碰撞期间,排球运动的路程约为( )
A.7 mB.8 m
C.9 mD.10 m
2.如图所示,打桩机重锤的质量为m1,从桩帽上方某高处由静止开始沿竖直方向自由落下,打在质量为m2的钢筋混凝土桩子上(包括桩帽)。锤与桩发生碰撞的时间极短,碰撞后二者以相同速度一起向下运动将桩打入地下。若碰撞前锤的速度为v0,求锤与桩所组成的系统碰撞后的动能及碰撞过程中损失的动能。
第5节 碰 撞
落实必备知识
[预读教材]
一、
1.保持不变 不变 2.损失 小于 3.最大
二、
1.中性射线 2.质子流 3.查德威克 中子
[情境创设]
1.(1)弹性 (2)非弹性
2.提示:不一定。只有质量相等的两个物体发生对心弹性碰撞(即一维弹性碰撞)时,系统的总动量守恒,总机械能守恒,才会交换速度,否则不会交换速度。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。
强化关键能力
新知学习(一)
[任务驱动]
提示:质量相等的两个钢球发生弹性碰撞,碰后两球交换速度。
[典例] 解析:(1)令v1=50 cm/s=0.5 m/s,
v2=-100 cm/s=-1 m/s,
设两物体碰撞后粘合在一起的共同速度为v,
由动量守恒定律得m1v1+m2v2=(m1+m2)v,
代入数据解得v=-0.1 m/s,负号表示方向与v1的方向相反。
(2)碰撞后两物体损失的动能为
ΔEk=12m1v12+12m2v22-12(m1+m2)v2=
12×0.3×0.52+12×0.2×(-1)2-12×(0.3+0.2)
×(-0.1)2J=0.135 J。
(3)如果碰撞是弹性碰撞,设碰后两物体的速度分别为v1'、v2',
由动量守恒定律得m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',
由机械能守恒定律得
12m1v12+12m2v22=12m1v1'2+12m2v2'2,
代入数据得v1'=-0.7 m/s,v2'=0.8 m/s。
答案:(1)0.1 m/s (2)0.135 J (3)0.7 m/s 0.8 m/s
[针对训练]
1.选A 根据碰后A球的动能恰好变为原来的14,则有12mv'2=14×12mv02,解得v'=±12v0。碰撞过程中A、B动量守恒,则有mv0=mv'+3mvB,解得vB=16v0或vB=12v0;当vB=16v0时A的速度大于B的速度,不符合实际,故A正确,B、C、D错误。
2.解析:从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A和B的速度大小保持不变,根据它们通过的路程,可知小球B和小球A在碰撞后的速度大小之比为4∶1,方向和初速度方向相同
两球碰撞过程为弹性碰撞,有:m1v0=m1v1+m2v2
12m1v02=12m1v12+12m2v22,解得m1m2=2。
答案:2
新知学习(二)
[典例] 选C A、B两球在碰撞过程中动量守恒,所以有p1+p2=p1'+p2',即p1'=2 kg·m/s。由于在碰撞过程中,不可能有其他形式的能量转化为机械能,只能是系统内物体间机械能相互转化或一部分机械能转化为内能,因此系统的机械能不会增加,所以有p122m1+p222m2≥p1'22m1+p2'22m2,所以有m1≤2151m2。因为题目给出物理情境是“A从后面追上B”,要符合这一物理情境,就必须有p1m1>p2m2,即m1