高中人教版 (2019)弹性碰撞和非弹性碰撞教课内容ppt课件

这是一份高中人教版 (2019)弹性碰撞和非弹性碰撞教课内容ppt课件，共79页。
[学习目标]　1．了解弹性碰撞和非弹性碰撞。2．会分析具体实例中的碰撞类型及特点。3．会用动量、能量的观点解决生产生活中与一维碰撞相关的实际问题。
[教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况 问题1　如图所示是我们熟知的桌球游戏，若将被碰球换成同质量、同大小的软橡皮球，会有什么变化？问题2　引起这一变化的原因是什么？问题3　根据“问题1”和“问题2”你能概括出碰撞特点吗？
探究重构·关键能力达成
1．弹性碰撞：系统在碰撞前后动能_____。2．非弹性碰撞：系统在碰撞后动能_____。提醒：碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短的时间内它们的运动状态发生显著变化的过程。满足m1Δv1＝－m2Δv2。
知识点一　弹性碰撞和非弹性碰撞
【思考讨论】问题1　发生碰撞的两物体，系统的动量守恒，系统的机械能是否一定守恒？
提示：机械能不一定守恒，只有发生弹性碰撞时，机械能才守恒。
问题2　分析教材P18－P19的“参考案例1”，其中所列3种情况中的碰撞分别属于什么种类的碰撞？
提示：第1、3两种情况是弹性碰撞，第2种是非弹性碰撞。
问题3　从形变的角度怎样理解弹性碰撞和非弹性碰撞？
提示：若两个物体碰撞时形变能全部恢复原状，则在碰撞过程中只发生动能和弹性势能之间的相互转化，动能没有损失；若碰撞时形变有部分恢复原状，则碰撞后系统的动能有损失。
【知识归纳】1．碰撞的特点
2．碰撞的分类(1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒。(2)非弹性碰撞：系统动量守恒，机械能减少，损失的机械能转化为内能。(3)完全非弹性碰撞：系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度，机械能损失最大。
【典例1】　(人教版P22例题改编)(碰撞的分类)如图所示，在光滑水平面上，两个物体的质量都是m，碰撞前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰撞后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m的物体，以一定速度继续前进。碰撞后该系统的总动能是否会有损失？若有，求两物体碰撞中损失的动能与碰前总动能的比值。
【教用·备选例题】　(源自粤教版教材)如图所示，质量为m2的物体B静止在光滑水平面上，物体B的左端连有轻弹簧，质量为m1的物体A以速度v1向B运动。在Ⅰ位置，物体A与物体B的轻弹簧刚好接触，弹簧开始被压缩，物体A开始减速，物体B开始加速；到Ⅱ位置，物体A，B的速度刚好相等(设为v)，弹簧被压缩到最短；到Ⅲ位置，物体A，B的速度分别为v1′和v2′。分三种情况讨论全过程系统动量和能量变化情况。
(1)在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长。(2)在Ⅲ位置，弹簧只能部分恢复，不能回到原长。(3)在Ⅱ位置，弹簧弹性失效。
[解析]　(1)在弹性限度范围内，弹簧发生弹性形变。在Ⅲ位置，弹簧可以恢复到原长。Ⅰ→Ⅱ，系统减少的动能全部转化为弹性势能，在Ⅱ位置，系统动能最小而弹性势能最大；Ⅱ→Ⅲ，系统减少的弹性势能全部转化为动能；因此在Ⅰ、Ⅲ位置，系统动能相等。这种碰撞是弹性碰撞。由动量守恒定律和机械能守恒定律，有
【典例2】　(碰撞的分类)某次训练中使用的冰壶A和冰壶B的质量均为20 kg，初始时两冰壶之间的距离s＝7.5 m，冰壶A被运动员以v0＝2 m/s的初速度水平掷出后，与静止的冰壶B碰撞，碰后冰壶A的速度大小变为vA＝0.2 m/s，方向不变，碰撞时间极短。已知两冰壶与冰面间的动摩擦因数均为μ＝0.02，重力加速度g＝10 m/s2。求： (1)冰壶A与B碰撞前的速度大小v1；(2)两冰壶碰撞后瞬间B的速度大小vB；(3)判断两冰壶间的碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
[答案]　(1)1 m/s　(2)0.8 m/s　(3)非弹性碰撞
【链接教材】　(源自教科版教材)英国皇家学会有一个很著名的实验：在天花板上悬挂许多相等摆长的双线摆，当第一个小球摆动以后，这个速度就会一直传递到最后一个小球，最后一个小球也就能摆到与第一个小球等高的位置，这样一直往复运动下去，中间的双线摆静止不动，起到传递能量的作用，如图所示。
知识点二　　弹性碰撞的实例分析
问题1　发生上述现象对摆球有什么要求？
提示：大小、质量完全一样。
问题2　上述现象属于哪种碰撞？
问题3　你能解释上述现象的原因吗？
提示：碰撞过程中动量和能量都守恒，发生了动量和能量的“传递”。
【知识梳理】　1．正碰两个小球相碰，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同_________上，碰撞之后两球的____仍会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰，也叫作_________或一维碰撞。
2．弹性碰撞碰后的速度特点假设物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生正碰，如图所示。碰撞后它们的速度分别为v1′和v2′。
【思考讨论】　如图所示，物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生弹性正碰。
问题　如下三种特殊情况下，碰撞后两个物体的速度v1′和v2′有什么特点？①m1＝m2时；②m1≫m2时；③m1≪m2时。
提示：①m1＝m2时，v1′＝0，v2′＝v1。②m1≫m2时，v1′＝v1，v2′＝2v1。③m1≪m2时，v1′＝－v1，v2′＝0。
【典例3】　(弹性碰撞)如图所示，一个质量为m的物块A与静止在水平面上的另一个质量为2m的物块B发生正碰，碰后B物块刚好能落入正前方的沙坑中。假如碰撞过程中无机械能损失，已知物块B与地面间的动摩擦因数为0.4，与沙坑的距离x＝0.5 m，g取10 m/s2。物块可视为质点，则碰撞前瞬间A的速度大小为(　　)A．1.5 m/s　　B．3 m/sC．4.5 m/s 　D．6 m/s
【教用·备选例题】　(弹性碰撞)如图所示，AB为倾角θ＝37°的粗糙斜面轨道，通过一小段光滑圆弧与光滑水平轨道BC相连接，质量为m2的小球乙静止在水平轨道上，质量为m1的小球甲以速度v0与乙球发生弹性正碰。若m1∶m2＝1∶2，且轨道足够长，要使两球能发生第二次碰撞，求乙球与斜面之间的动摩擦因数μ的取值范围。(sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)
[答案]　0＜μ＜0.45
【典例4】　(碰撞问题的可能性分析)甲、乙两铁球的质量分别是m甲＝1 kg、m乙＝2 kg，在光滑水平面上均沿同一直线向正方向运动，速度大小分别是v甲＝6 m/s、v乙＝2 m/s，甲球追上乙球发生正碰后两球的速度有可能是(　　)A．v′甲＝2 m/s，v′乙＝4 m/sB．v′甲＝7 m/s，v′乙＝1.5 m/sC．v′甲＝3.5 m/s，v′乙＝3 m/sD．v′甲＝3 m/s，v′乙＝3 m/s
【思考讨论】　为了进一步理解和应用一维情况下的弹性碰撞和非弹性碰撞，我们把“一动碰一静”模型这个短暂的作用过程中微小的形变放大处理，得到如图所示的5个状态(其中A的质量为m1，B的质量为m2)。
知识点三　碰撞过程的图像问题
问题　结合v-t图像试分析碰撞的特点。
根据图像分析碰撞问题的思路：
【典例5】　(人教版P29T7改编)(碰撞的图像问题)(多选)质量为m1和m2的两个物体在光滑水平面上正碰，其位置坐标x随时间t变化的图像如图所示。已知m1＝1 kg，下列说法正确的是 (　　)A．碰撞前m2的速度为4 m/sB．碰撞后m1做减速运动C．m2的质量为3 kgD．该碰撞为弹性碰撞
【典例6】　(“滑块——弹簧”碰撞模型)(多选)如图所示，与轻弹簧相连的物块A静止在光滑的水平面上。物块B沿水平方向以速度v0向右运动，跟与A相连的轻弹簧相碰。在B跟弹簧相碰时开始计时，到B与弹簧分开的这段时间t0内，下列两物块的v-t图像可能正确的是(　　)
【教用·备选例题】　(“滑块—弹簧”碰撞模型)如图甲所示，一轻弹簧的两端与质量分别为m1、m2的两物块A、B相连接，并静止在光滑水平面上。现使A获得水平向右、大小为3 m/s的瞬时速度，从此刻开始计时，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示，从图像提供的信息可得(　　)
A．t1和t3时刻两物块达到共同速度1 m/s，且弹簧分别处于压缩和拉伸状态B．在t1到t2时间内A、B的距离逐渐增大，t2时刻弹簧的弹性势能最大C．两物块的质量之比为m1∶m2＝2∶1D．在t2时刻A、B两物块的动能之比为Ek1∶Ek2＝1∶6
应用迁移·随堂评估自测
1．(粤教版教材改编)如图所示，两个质量都为3 kg的球，以6 m/s的速率相向运动，发生正碰后，每个球都以原来的速率向相反方向运动，它们的碰撞是(　　)A．弹性碰撞　　　　B．非弹性碰撞C．完全非弹性碰撞 　D．无法判断
A　[由于两个质量都为3 kg的球，以6 m/s的速率相向运动，发生正碰后，每个球都以原来的速率向相反方向运动，即符合动量守恒定律，也符合机械能守恒定律，故两个球的碰撞是弹性碰撞，故选A。]
3．甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1 kg，则碰撞过程中两物块损失的机械能为(　　) A．3 J　　B．4 J　　C．5 J　　D．6 J
4．(多选)光滑的水平面上物体A以8 kg·m/s的动量撞击静止的物体B，碰撞后物体A、B动量的可能值为 (　　)A．4 kg·m/s；4 kg·m/sB．－9 kg·m/s；1 kg·m/sC．0；8 kg·m/sD．9 kg·m/s；－1 kg·m/s
回归本节知识，完成以下问题：1．碰撞具有什么特点？
提示：相互作用时间短，相互作用力大，近似满足动量守恒，碰撞前后两物体的位置不变。
2．碰撞可分哪些类型？
提示：弹性碰撞和非弹性碰撞。
3．弹性碰撞的两小球在什么情况下可以交换速度？
提示：质量相等的两小球。
题组一　弹性碰撞和非弹性碰撞1．下列关于碰撞的理解正确的是 (　　)A．碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短的时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程B．在碰撞现象中，尽管内力都远大于外力，但外力仍不可以忽略不计C．如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫作非弹性碰撞D．微观粒子的相互作用由于不发生直接接触，所以不能称其为碰撞
课时分层作业(四)　弹性碰撞和非弹性碰撞
A　[碰撞是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象，一般内力远大于外力，外力可忽略不计，动能不一定守恒；如果碰撞前后系统动能不变，就叫作弹性碰撞；微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强大内力作用的特点，所以仍然是碰撞，故B、C、D错误，A正确。]
2．在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球，它们的动能相等。已知甲球的质量大于乙球的质量，它们正碰后可能发生的情况是(　　)A．甲、乙两球都沿乙球的运动方向B．甲球反向运动，乙球停下C．甲、乙两球都反向运动D．甲、乙两球都反向运动，且动能仍相等
题组二　弹性碰撞的合理性分析与判断3．在光滑的水平面上，质量为m1的小球A以速度v0向右运动，在小球A的前方O点有一质量为m2(形状与A完全相同)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在Q点处被墙壁弹回，返回时与小球A在P点相遇，PQ＝PO。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。则 (　　)A．m1＝m2　　B．m1＝2m2C．m1＝3m2 　D．m1＝4m2
4．在某期节目中有这样一个实验：主持人手拿小球和篮球，使两个球相互接近但不接触，且球心在一条竖直线上，从h高处由静止释放，观察小球弹起的高度。假设h远大于两球的半径，下面篮球的质量是上面小球的3倍，所有碰撞皆为弹性碰撞，且碰撞时间极短，不考虑空气阻力的影响，篮球落地后速度瞬间反向，大小不变。则小球弹起的高度为(　　)A．4h　　　B．3h　　　C．2h　　　D．h
题组三　碰撞过程的图像问题6．在同一竖直平面内，3个完全相同的小钢球(1号、2号、3号)悬挂于同一高度，静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。以下分析正确的是(　　)
A．将1号移至高度h释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度h。若2号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3号仍能摆至高度hB．将1、2号一起移至高度h释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都守恒C．将右侧涂胶的1号移至高度h释放，1、2号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒定律可知，3号仍能摆至高度hD．将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度h释放，碰撞后，2、3号粘在一起向右运动，未能摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都不守恒
D　[将1号移至高度h释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度h，可知，小钢球1、2，2、3发生了弹性碰撞，且碰后交换速度，若2号换成质量不同的小钢球，1、2，2、3碰后并不交换速度，则3号上摆的高度不等于h，A错误；将1、2号一起移至高度h释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度h，则释放后球速度方向、大小在改变，动量不守恒，B错误；将右侧涂胶的1号移至高度h释放，1、2号碰撞后粘在一起，发生完全非弹性碰撞，机械能有损失，再与3号碰撞后，3号获得的速度小于1与2碰撞前瞬间1号的速度，则3号上升的高度小于h，C错误；将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度h释放，小钢球2、3间发生完全非弹性碰撞，机械能有损失，释放后整个过程机械能和动量都不守恒，D正确。]
9．(多选)如图所示，质量m＝2 kg的滑块B静止放置于光滑平台上，B的左端固定一轻质弹簧。平台右侧有一质量M＝4 kg的小车C，其上表面与平台等高，小车与水平面间的摩擦不计。光滑圆弧轨道半径R＝0.9 m，连线PO与竖直方向夹角为60°，另一与B完全相同的滑块A从P点由静止开始沿圆弧下滑。滑块A滑至平台上挤压弹簧，弹簧恢复原长后滑块B离开平台滑上小车C且恰好未滑落，滑块B与小车C之间的动摩擦因数μ＝0.5，滑块A、B可视为质点，重力加速度g＝10 m/s2。下列说法正确的是(　　)
A．滑块A刚到平台上的速度大小为3 m/sB．该过程中弹簧弹性势能的最大值为4.5 JC．该过程中由于摩擦产生的热量为8 JD．小车C的长度为0.6 m