高中物理16.4《碰撞》课件（新人教选修3-5）

欢迎进入物理课堂 16 4碰撞 教材分析不要把这节当做新的知识点 应该把它看成动量守恒定律和机械能守恒定律的习题课 本节回顾第1节的演示实验 提出了弹性碰撞的概念 进而提出非弹性碰撞的概念 通过 思考与讨论 进行理论推导 从而解释了第1节的演示实验 明确对心碰撞和非对心碰撞的概念 进一步介绍了微观粒子的碰撞现象 散射 最后介绍了中子的发现过程 让学生进一步了解动量守恒定律的应用 引入思路 碰撞问题 遵循动量守恒定律学生已经明确 这时可以向学生提出两个物体碰撞前后其能量是否守恒的问题 因为在处理碰撞问题过程中 学生往往关注的是动量及动量守恒定律的应用 而对系统的总能量是否守恒的问题容易忽视 探究 P14思考与讨论在本章第一节开始的演示中 一个钢球与另一个静止的钢球相碰 如果两个钢球的质量相等 第一个钢球停止运动 第二个钢球能摆到同样的高度 说明这个碰撞过程中没有能量损失 碰撞过程能量守恒 碰撞过程中能量总要守恒吗 下面分析一个例子 如图16 4 1 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 总动能 守恒吗 可以先根据动量守恒定律求出碰撞后的共同速度v 用v表示它 然后分别计算碰撞前后的总动能 实质上又是一个科学探究过程 理论探究 例1 质量m1 10g的小球在光得的水平面上以v1 30cm s的速度向右运动 恰遇上质量m2 50g的小球以v2 10cm s的速度向左运动 碰撞后 小球m2恰好静止 那么碰撞后小球m1的速度多大 方向如何 探究过程 P15思考与讨论 我们的任务是得出用m1 m2 v1表达v1 和v2 的公式 碰撞过程都要遵从动量守恒定律 弹性碰撞中没有机械能损失 两个方程联立 把v1 和v2 作为未知量解出来就可以了 落实探究精神 改变学习方式 一 弹性碰撞和非弹性碰撞1 弹性碰撞在弹性力作用下 碰撞过程只产生机械能的转移 系统内无机械能的损失的碰撞 称为弹性碰撞 举例 通常情况下的钢球 玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子 原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞 2 非弹性碰撞 1 非弹性碰撞 受非弹性力作用 使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞 2 完全非弹性碰撞 是非弹性磁撞的特例 这种碰撞的特点是碰后粘在 起 或碰后具有共同的速度 其动能损失最大 试试如何推导 注意 碰撞后发生永久性形变 粘在一起 摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞 例2 如图所示 P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰 碰撞后P物体静止 Q物体以P物体碰撞前速度v离开 已知P与Q质量相等 弹簧质量忽略不计 那么当弹簧被压缩至最短时 下列的结论中正确的应是 A P的速度恰好为零B P与Q具有相同速度C Q刚开始运动D Q的速度等于v 例3 如图所示 质量为M的重锤自h高度由静止开始下落 砸到质量为m的木楔上没有弹起 二者一起向下运动 设地层给它们的平均阻力为F 则木楔可进入的深度L是多少 第一阶段 对重锤有 第二阶段 对重锤及木楔有Mv 0 M m 第三阶段 对重锤及木楔有 例4 在光滑水平面上 有A B两个小球向右沿同一直线运动 取向右为正 两球的动量分别是pA 5kgm s pB 7kgm s 如图所示 若能发生正碰 则碰后两球的动量增量 pA pB可能是 A pA 3kgm s pB 3kgm sB pA 3kgm s pB 3kgm sC pA 10kgm s pB 10kgm sD pA 3kgm s pB 3kgm s 解决此类问题的依据 系统动量守恒 系统的总动能不能增加 系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量 碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同 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 正确答案为A 二 对心碰撞和非对心碰撞 1 对心碰撞两球碰撞时 碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同 条直线上 碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线 这种碰撞称为对心碰撞 也叫正碰 注意 发生对心碰撞的两个物体 碰撞前后的速度都沿同一条直线 它们的动量也都沿这条直线 在这个方向上动量守恒 2 非对心碰撞两球碰撞时 碰撞之前的运动速度与两球心的连线不在同 条直线上 碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线 这种碰撞称为非对心碰撞 也叫斜碰 斜碰也遵循动量守恒定律 但情况较复杂 中学阶段不作要求 三 散射 1 散射 在粒产物理和核物理中 常常使一束粒子射人物体 粒子与物体中的微粒碰撞 这些微观粒子相互接近时并不发生直接接触 这种微观粒子的碰撞叫做散射 由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小 所以多数粒子在磁撞后飞向四面八方 2 如何正确理解非对心碰撞与散射 诠释 1 非对心碰撞的两个物体 碰撞前后速度不在同一条直线上 属于二维碰撞问题 如果系统碰撞过程中所受合外力为零 则仍然满足动量守恒 这时通常将动量守恒用分量式表示 如 2 在用 粒子轰击金箔时 粒子与金原子核碰撞 并不直接接触 后向各个方向飞出 即发生散射 其散射角 满足以下关系式 其中Z为金原子的原子序数 M是 粒子的质量 o为真空中的介电常数 其他物理量见图所示 从上式可以看出 b越小 越大 当b o时 粒子好像被弹回来一样 微观粒子之间的碰撞通常被视为完全弹性碰撞 遵从动量守恒及前后动能相等 英国物理学家查德威克利用弹性碰撞理论成功地发现了中子 学习要求 1 对于弹性碰撞和非弹性碰撞的学习 根据课本中 思考与讨论 的提示 自己能分析列出方程 解出结果后 再做讨论 2 知道碰撞不仅包括宏观物体间的相互作用 而且包括微观粒子间的相互作用 通过一些微观粒子相互作用的动量守恒的例子分析来进一步理解 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全