人教版 (2019)选择性必修 第一册弹性碰撞和非弹性碰撞教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册弹性碰撞和非弹性碰撞教学ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了人船模型，总结提升，弹簧模型，滑块木板模型等内容，欢迎下载使用。
(2)模型特点①两物体满足动量守恒定律：mv人－Mv船＝0②两物体的位移大小满足：
(3)运动特点①人动则船动，人静则船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；②人船位移比等于它们质量的反比；人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比，即 .
【针对训练1】有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长，一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，然后他轻轻地从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻地下船，用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L．已知他自身的质量为m，则小船的质量为
“人船模型”是利用平均动量守恒求解的一类问题，解决这类问题应注意：(1)适用条件：①系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；②在系统内发生相对运动的过程中至少有一个方向的动量守恒(如水平方向或竖直方向).(2)画草图：解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系，注意两物体的位移是相对同一参考系的位移.
巩固3.如图所示，物体A和B质量分别为m1和m2，图示直角边长分别为a和b.设B与水平地面无摩擦，当A由顶端O从静止开始滑到B的底端时，B的水平位移是
【针对训练4】有一只小船停在静水中，船上一人从船头走到船尾.如果人的质量m＝60 kg，船的质量M＝120 kg，船长为l＝3 m，则船在水中移动的距离是多少？(水的阻力不计)
解析　人在船上走时，由于人、船组成的系统所受合外力为零，总动量守恒，因此系统的平均动量也守恒，如图所示.设人从船头到船尾的时间为t，在这段时间内船后退的距离为x，人相对地面运动的距离为l－x，选船后退方向为正方向，
【针对训练5】(多选)如图所示，绳长为l，小球质量为m，小车质量为M，将小球向右拉至水平后放手，则(水平面光滑)A.系统的总动量守恒B.水平方向任意时刻小球与小车的动量等大反向或都为零C.小球不能向左摆到原高度D.小车向右移动的最大距离为
解析 系统只是在水平方向所受的合力为零，竖直方向的合力不为零，故水平方向的动量守恒，而总动量不守恒，A错误，B正确；根据水平方向的动量守恒及机械能守恒得，小球仍能向左摆到原高度，C错误；小球相对于小车的最大位移为2l，根据“人船模型”，系统水平方向动量守恒，设小球水平方向的平均速度为vm，小车水平方向的平均速度为vM，mvm－MvM＝0，两边同时乘以运动时间t，mvmt－MvMt＝0，即mxm＝MxM，又xm＋xM＝2l，解得小车向右移动的最大距离为 ，D正确.
（1）B向右运动碰到弹簧后（与弹簧固定）两个物体分别该做什么运动?（2）在接下来的运动过程中AB两物体的加速度如何变化？（3）什么时候弹簧具有的弹性势能最大？（4）m2什么时候速度达到最大？是多少？
（1）何时两物体相距最近，即弹簧最短
两物体速度相等时弹簧最短，且损失的动能转化为弹性势能
（2）何时两物体相距最远，即弹簧最长
两物体速度相等时弹簧最长，且损失的动能转化为弹性势能
模型特点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。
模型特点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)
【例1】如图所示，一个轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物体甲、乙连接，静止在光滑的水平面上。现在使甲瞬间获得水平向右的速度v0＝4 m/s，当甲物体的速度减小到1 m/s时，弹簧最短。下列说法中正确的是A.此时乙物体的速度大小为1 m/sB.紧接着甲物体将开始做加速运动C.甲、乙两物体的质量之比m1∶m2＝1∶4D.当弹簧恢复原长时，乙物体的速度大小为4 m/s
【例2】如图，光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C，B的左侧固定一轻弹簧(弹簧左侧的挡板质量不计)。设A以速度v0向B运动，压缩弹簧；当A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中：(1)整个系统损失的机械能；(P15 例3)(2)弹簧被压缩到最短时的弹性势能。
（2）A将继续压缩弹簧，直至A、B、C三者速度相同，设此速度为v3，此时弹簧被压缩至最短，其弹性势能为Ep。由动量守恒定律和能量守恒定律得mv0＝3mv3 ⑤
问题：如图所示，质量为M的长木板静止在光滑水平面上，质量为m的小滑块以v0的速度滑上木板，滑块与木板间的摩擦因素为μ，问：（1）若木板足够长，则滑块与木板各最终的速度为多少？（2）在第（1）问的基础上，求滑块在滑板上滑行的距离l?（3）若已知木板的长度为l，则滑块滑离木板时各自的速度为多少？
提示：（1）（2）由于系统合外力为0，所以系统动量守恒，且最终两者共速，所以有：
（3）由于系统合外力为0，所以系统动量守恒，且最终两者没有达到共速，所以有：
1.模型图示2.模型特点(1)系统的动量守恒，但机械能不守恒，摩擦力与两者相对位移的乘积（内能）等于系统减少的机械能。(2)若滑块未从木板上滑下，当两者速度相同时，木板速度最大，相对位移最大，机械能损失最多。
3.求解方法(1)求速度：根据动量守恒定律求解，研究对象为一个系统；(2)求时间：根据动量定理求解，研究对象为一个物体；(3)求系统产生的内能或相对位移：根据能量守恒定律Q＝FfΔx或Q＝E初－E末，研究对象为一个系统。
【典例5】质量m1＝0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L＝1.5 m，现有一质量为m2＝0.2 kg、可视为质点的物块，以水平向右的速度v0＝2 m/s从左端滑上小车，如图所示，最后在小车上某处与小车保持相对静止，物块与小车间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10 m/s2，求：(1)物块与小车的共同速度大小v；(2)物块相对小车滑行的时间t；(3)从开始到共速，小车运动的位移大小x1；(4)从开始到共速，物块运动的位移大小x2；(5)在此过程中系统产生的内能；(6)若物块不滑离小车，物块的速度不能超过多少。
【解析】（1）设物块与小车的共同速度为v，以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有m2v0＝(m1＋m2)v，解得v＝ ＝0.8 m/s（2）对物块由动量定理有－μm2gt＝m2v－m2v0
（5）方法一　Δx＝x2－x1＝0.24 m，Q＝μm2g·Δx＝0.24 J
（6）m2v0′＝(m1＋m2)v′
联立解得v0′＝5 m/s。
【例6】如图所示，光滑水平面上有一平板车B，其上表面水平，质量mB＝1 kg，在其左端放置一物块A，质量mA＝0.4 kg。开始A、B均处于静止状态，玩具手枪里面有一颗质量为m0＝100 g的子弹以初速度v0＝100 m/s水平射向A，子弹瞬间射入并留在物块中，最终物块A及子弹相对地面以16 m/s的速度滑离平板车，已知A、B间的动摩擦因数μ＝0.8，g取10 m/s2。求：(1)子弹射入物块A的过程中物块对子弹的冲量；(2)平板车B的最大速度vB大小；(3)物块A在平板车上滑行的时间t；(4)求平板车的长度L。
【解析】（1）子弹射入物块A的过程，由动量守恒定律得m0v0＝(m0＋mA)v1，解得子弹与物块A的共同速度大小为v1＝20 m/s，对子弹由动量定理得I＝m0v1－m0v0＝－8 N·s，所以子弹射入物块A的过程中物块对子弹的冲量大小为8 N·s，方向水平向左。（2）当物块A滑离平板车时，平板车的速度最大，由动量守恒定律得m0v0＝mBvB＋(m0＋mA)v2，解得平板车B的最大速度vB＝2 m/s。（3）对物块A与子弹由动量定理得－μ(m0＋mA)gt＝(m0＋mA)v2－(m0＋mA)v1，解得物块A在平板车上滑行的时间t＝0.5 s。
四、滑块—圆弧槽（斜面）模型
如图所示，接触面光滑，一质量为m的小滑块以速度v0的速度滑上静止在光滑斜面上的质量为M的曲面上，问：
（1）滑块能上斜面上上升的最大高度h为多少？（2）滑块和曲面最终的速度为多少？
由于接触面光滑，所以斜面在水平方向上动量守恒，且滑块高度上升，重力势能增加(获得的势能等于损失的动能)，而系统机械能守恒，所以：
（1）滑块能上斜面上上升的最大高度h时有：
m与M有共同的水平速度，且m不可能从此处离开轨道，系统水平方向动量守恒，系统机械能守恒。
由于接触面光滑，所以斜面在水平方向上动量守恒，滑块到达最高点后向下滑动，重力势能减少，而系统机械能守恒，所以：
（2）滑块与斜面分开时有：
m与M分离点，水平方向上动量守恒，系统机械能守恒
第5节- 8．(多选)如图所示，在光滑水平面上停放质量为m的装有弧形槽的小车．现有一质量也为m的小球以v0的水平速度沿切线水平的槽口向小车滑去(不计摩擦)，到达某一高度后，小球又返回小车右端，则A．小球在小车上到达最高点时的速度大小为B．小球离开车后，对地将向右做平抛运动C．小球离开车后，对地将做自由落体运动D．此过程中小球对车做的功为
小球在圆弧轨道上上升的最大高度为？
第6节- 12.如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一个蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h＝0.3 m(h小于斜面体的高度)。已知小孩与滑板的总质量为m1＝30 kg，冰块的质量为m2＝ 10kg，小孩与滑板始终无相对运动。重力加速度的大小取g＝10 m/s2。(1)求斜面体的质量；(2)通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？
【解析】（1）规定向左为正方向。冰块在斜面体上上升到最大高度时两者达到共同速度，设此共同速度为v，斜面体的质量为m3。对冰块与斜面体分析，由水平方向动量守恒和机械能守恒得m2v0＝(m2＋m3)v ①
式中v0＝3 m/s为冰块推出时的速度，联立①②式并代入数据得v＝1 m/s，m3＝20 kg ③
（2）设小孩推出冰块后的速度为v1，对小孩与冰块分析，由动量守恒定律有m1v1＋m2v0＝0④代入数据得v1＝－1 m/s⑤设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3，对冰块与斜面体分析，由动量守恒定律和机械能守恒定律有m2v0＝m2v2＋m3v3 ⑥
联立③⑥⑦式并代入数据得v2＝－1 m/s
由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且冰块处在小孩后方，故冰块不能追上小孩。