教科版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量与动量守恒定律5 碰撞集体备课课件ppt

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1.知道弹性碰撞和非弹性碰撞。(物理观念)2.了解中子的发现过程。(物理观念)3.会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。(科学思维)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、碰撞的分类根据碰撞前后两物体总动能是否变化,可将碰撞分为　　　　　　　　和　　　　　　　　　两类。  无机械能损失弹性碰撞:碰撞过程中,系统总机械能　　　　　　的碰撞。 非弹性碰撞:碰撞过程中,系统总机械能　　　　的碰撞。  机械能损失最大完全非弹性碰撞:在非弹性碰撞中,如果两物体碰后　　　　　　　,以相同的速度运动,这种碰撞称为完全非弹性碰撞。 
二、中子的发现1932年,英国物理学家　　　　　　发现了中子。 中子质量的计算:设中性粒子的质量为m,碰前速率为v,碰后速率为v',氢核的质量为mH,碰前速率为零,碰后速率为vH,碰撞前后的动量和动能都守恒,则mv=mv'+mHvH
已知氮核质量与氢核质量的关系为mN=14mH,查德威克在实验中测得氢核速率和氮核速率的关系是vH≈7.5vN,由此得m=mH。
情境链接如图所示,光滑水平面上并排静止着小球2、3、4,小球1以速度v0向着小球2、3、4运动,已知四个小球完全相同,小球间发生弹性碰撞,则碰撞后各小球的运动情况如何?
提示 小球1与小球2碰撞后交换速度,小球2与小球3碰撞后交换速度,小球3与小球4碰撞后交换速度,最终小球1、2、3静止,小球4以速度v0运动。
教材拓展阅读教材P26“发展空间”中关于爆炸的讲述,思考处理爆炸问题时常用到的物理规律。
提示 爆炸时,相互作用时间极短,相互作用力为变力,且远大于系统所受外力,满足动量守恒定律,因此常用动量守恒定律处理爆炸问题。
易错辨析(1)碰撞前后系统的动量和机械能一定都守恒。(　　)(2)在光滑水平面上的两球相向运动,碰撞后均变为静止,则两球碰撞前的动量大小一定相同。(　　)(3)水平面上的两个小球碰撞后,它们的总机械能可能比碰撞前大。(　　)
探究点一　碰撞的分类和理解
导学探究用两根光滑的钢棒(或较粗的铁丝)组装成水平轨道,架在两个凳子上,并固定起来,轨道上放置A、B两组完全相同的玻璃球,如图所示,每次分别拨动A组的1个、2个或3个玻璃球去碰撞B组的玻璃球。实验之前,你先猜想一下会出现什么现象,然后通过实验,看看实际现象与你的猜想是否一致,并用所学的知识去解释它。
提示 当拨动A组的1个、2个或3个玻璃球去碰撞B组的玻璃球时,A组的玻璃球会停在B组玻璃球的位置,而B组的玻璃球会有1个、2个或3个玻璃球沿轨道运动。因为它们发生的是完全弹性碰撞,系统的动能和动量都守恒,所以碰撞后,玻璃球交换速度。
知识归纳1.碰撞过程的特点(1)时间特点:碰撞现象中,相互作用的时间极短,相对物体的全过程可忽略不计。(2)受力特点:在碰撞过程中,系统的内力远大于外力,外力可以忽略,系统的总动量守恒。(3)位移特点:在碰撞过程中,由于在极短的时间内物体的速度发生突变,物体发生的位移极小,可认为碰撞前后物体处于同一位置。(4)能量的特点:碰撞过程系统的动能不会增加,可能减少,也可能不变。
2.碰撞的分类(1)按碰撞前后系统的机械能是否守恒可分为弹性碰撞和非弹性碰撞。(2)按碰撞前后球的速度是否与两球心的连线在同一直线上可分为对心碰撞和非对心碰撞。3.处理碰撞问题的三个原则(1)动量守恒,即p1+p2=p1'+p2'。(2)动能不增加,即Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'。(3)速度要合理。①碰前两物体同向,则v后>v前,碰后原来在前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,除非两物体碰撞后速度均为零。
应用体验【例1】 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8 m/s,B球的速度是-4 m/s,经过一段时间后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多种猜测,下面的猜测结果一定无法实现的是(　　)A.vA'=5 m/s,vB'=9 m/sB.vA'=-4 m/s,vB'=8 m/sC.vA'=2 m/s,vB'=2 m/sD.vA'=1 m/s,vB'=3 m/s
方法技巧　分析碰撞问题的三个技巧(1)当遇到两物体发生碰撞的问题时,不管碰撞环境如何,要首先想到利用动量守恒定律。(2)对心碰撞是同一直线上的运动过程,只在一个方向上列动量守恒方程即可,此时应注意速度正、负号的选取。(3)判断碰撞的种类就是看碰撞前后的总机械能变化情况。
对点演练1(多选)两个小球A、B在光滑的水平地面上相向运动,已知它们的质量分别是mA=4 kg、mB=2 kg,A的速度vA=3 m/s(设为正),B的速度vB=-3 m/s,则A、B发生正碰后,其速度可能(　　)A.均为+1 m/sB.分别为+4 m/s和-5 m/sC.分别为+2 m/s和-1 m/sD.分别为-1 m/s和+5 m/s
解析 验证可知四个选项都满足动量守恒定律。再看动能变化情况,Ek前
能增加,所以应有Ek前≥Ek后,故B错误;选项C虽满足Ek前≥Ek后,但A、B沿同一直线相向运动,发生碰撞后各自仍然保持原来的速度方向,这显然是不符合实际的,故C错误;验证A、D均满足Ek前≥Ek后,且碰后状态符合实际,故A、D正确。
探究点二　弹性碰撞的实例分析
导学探究超级碰撞球如图所示。多颗篮球般大小的钢球用钢缆悬挂在屋顶。拉开最右边钢球到某一高度,然后释放,碰撞后,仅最左边的钢球被弹起,摆至最大高度后落下来再次碰撞,致使最右边钢球又被弹起。钢球交替弹开,周而复始,情境蔚为壮观。上述现象如何解释?
提示 钢球间的碰撞为弹性碰撞,由于钢球质量相同,碰撞过程交换速度,故只有左、右两端的钢球摆动,其余钢球不动。
知识归纳弹性碰撞的重要结论以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生弹性碰撞为例,则有m1v1=m1v1'+m2v2'
讨论:①若m1=m2,则v1'=0,v2'=v1(速度交换)。②若m1>m2,则v1'>0,v2'>0,v1'0(碰后两小球沿相反方向运动);当m1≪m2时,v1'≈-v1, v2'≈0。物体A以速度v0与静止的物体B发生碰撞,当发生完全非弹性碰撞时损失
应用体验【例2】 如图所示,21个质量均为2m的相同小球依次紧密排列成一条直线,静止在光滑水平面上,轻绳一端固定在O点,一端与质量为m的黑球连接,把黑球从与O点等高的A处由静止释放,黑球沿半径为L的圆弧摆到最低点B处时与1号小球发生正碰。若发生的碰撞皆为弹性碰撞,不计空气阻力,则黑球与1号小球最后一次碰撞后的速度大小为(　　)
发生弹性碰撞过程,系统动量守恒、机械能守恒,由动量守恒定律与机械能守恒定律可知,两质量相等的球发生弹性碰撞后两球速度互换,则黑球与1号小球碰撞后,1号小球静止,2号小球速度为v1,碰后2号小球与3号小球发生碰撞,直至20号小球与21号小球碰撞,发生一系列碰撞后,21号小球向右做匀速直线运动,1号到20号小球静止在原位置;然后黑球与1号小球发生第2次碰撞,设碰撞后黑球的速度为v黑2,1号小球的速度为v2,由动量守恒定律得
对点演练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A的右侧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,lPQ=1.5lPO。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 。
答案 2解析 从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A、B的速度大小保持不变,小球A运动的路程为s1=v1t=lOP,小球B运动的路程为s2=v2t=lOQ+lPQ,
1.(碰撞问题的理解)两个球在光滑的水平面上沿直线相向运动,碰撞后两个球都静止,则可以推断(　　)A.碰撞前两个球的动量一定相同B.两个球的质量一定相等C.碰撞前两个球的速度一定相等D.碰撞前两个球的动量大小相等、方向相反
解析 两个球碰撞过程动量守恒,由于碰撞后两个球都静止,总动量为零,故碰撞前两个球的动量大小相等、方向相反,A错误,D正确;两个球的质量是否相等不确定,故碰撞前两个球的速度是否相等也不确定,B、C错误。
2.(碰撞问题的理解)(多选)质量为1 kg的小球以4 m/s的速度与质量为2 kg的静止小球正碰。关于碰后的速度v1'和v2',下面可能正确的是(　　)
B.v1'=3 m/s,v2'=0.5 m/sC.v1'=1 m/s,v2'=3 m/sD.v1'=-1 m/s,v2'=2.5 m/s
解析 由两小球碰撞前后总动量守恒有m1v1=m1v1'+m2v2'和动量不增加Ek≥Ek1'+Ek2',验证A、B、D三项皆有可能。B项碰后后面小球的速度大于前面小球的速度,会发生第二次碰撞,不符合实际,故A、D正确。
3.(弹性碰撞)一中子与一质量数为A(A>1)的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止,则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为(　　)
4.(弹性碰撞)五个完全相同的小钢球用轻绳悬挂在水平支架上,五根轻绳互相平行且自然下垂,小钢球之间接触而无挤压。现将左侧的①②③三个小钢球拉起相同的角度,然后由静止释放。经过一系列碰撞后,右侧的③④⑤三个小钢球一同向右摆动。在此过程中共发生的碰撞次数为(　　)A.4B.5C.6D.7