2019-2020学年高中物理第1章1碰撞学案教科版选修3-5.pdf

第 - 1 - 页 共 7 页 1碰撞1碰撞 学习目标 1.知道碰撞的特点.2.会用实验探究碰撞前后物体动能的变化(重点)3.知 道弹性碰撞和非弹性碰撞，会用能量的观点分析弹性碰撞和非弹性碰撞(重点、难点) 一、碰撞现象 做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生相互作用，在很短的时间内，它们的运动状 态会发生显著变化，这一过程叫作碰撞 二、碰撞中动能的变化 两物体相碰， 它们的运动状态将发生变化 对于不同情况下的碰撞， 动能变化的情况不同 三、碰撞的分类 按照碰撞前后两物体总动能是否变化，可将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞两类 1弹性碰撞 碰撞前后系统总动能不变，这种碰撞称为弹性碰撞 2非弹性碰撞 碰撞后的系统总动能减小了，有一部分动能转化为其他形式的能量，这种碰撞称为非弹 性碰撞 3完全非弹性碰撞 在非弹性碰撞中，如果两物体碰后粘在一起，以相同的速度运动，这种碰撞称为完全非 弹性碰撞 1正误判断(正确的打“” ，错误的打“×”) (1)发生碰撞的两个物体的运动方向一定都发生变化(×) (2)两个物体之间发生碰撞后，它们的运动方向可能相同() (3)碰撞只能是两个物体之间发生的相互作用(×) (4)弹性碰撞过程中，物体的总机械能守恒() (5)两辆汽车迎面相撞属于弹性碰撞(×) 2(多选)碰撞现象的主要特点有( ) A物体相互作用时间短 B物体相互作用前速度很大 C物体相互作用后速度很大 D物体间相互作用力远大于外力 第 - 2 - 页 共 7 页 AD 碰撞过程发生的作用时间很短，作用力很大，远大于物体受到的外力，与物体作用 前后的速度大小无关，故 A、D 正确 3(多选)下面对于碰撞的理解，正确的是( ) A碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生显著变化的过程 B在碰撞现象中，一般来说物体所受的外力作用可以忽略 C正、负离子碰撞后共同组成分子的现象属于完全非弹性碰撞 D根据碰撞过程中动能是否守恒，碰撞可分为正碰和斜碰 ABC 碰撞的主要特点是 ： 相互作用时间短， 作用力峰值大， 因而其他外力可以忽略不计， 在极短时间内物体的运动状态发生明显变化，故 A、B 对；根据碰撞前后动能是否变化，碰撞 分为弹性碰撞和非弹性碰撞，其中动能不变的碰撞称为弹性碰撞，故 C 对，D 错 对碰撞的理解 碰撞的特点 1时间特点：碰撞现象中，相互作用的时间极短，相对物体运动的全过程可忽略不计 2相互作用力特点：在碰撞过程中，系统的内力远大于外力 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 【例1】 (多选)钢球A以一定的速度沿光滑水平面向静止于前面的另一相同大小的钢球 B运动，下列对两球相互作用过程说法正确的是( ) A两球相互作用的过程始终没有动能的损失 B钢球A减速运动时，系统动能不变 C两球速度相等的瞬间，系统动能最小 D两球速度相等的瞬间，系统势能最大 CD 两球相互作用过程中，由于存在相互作用的弹力，两球均发生形变，有弹性势能， 系统动能有损失，两球速度相等瞬间，系统动能损失最大，弹性势能最大 处理碰撞问题的几点提醒 (1)作用时间很短 (2)运动状态变化显著 (3)位移变化非常小 第 - 3 - 页 共 7 页 1(多选)下列关于碰撞的说法正确的是( ) A碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内，它们的运动状态发生了显著变化的 过程 B碰撞发生后，两物体一定在同一直线运动 C如果碰撞前后动能保持不变，这样的碰撞叫作弹性碰撞 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 AC 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，若正碰，则 碰后两物体在一条直线上运动，若动能保持不变，则碰撞为弹性碰撞，若有动能损失，则为 非弹性碰撞，若碰后粘在一起运动，则为完全非弹性碰撞，微观粒子的相互作用同样具有极 短时间内运动状态发生显著变化的特点，所以仍然是碰撞，故选项 A、C 正确 碰撞中动能的变化 1实验装置：气垫导轨、数字计时器(如图丙所示)导轨上附有滑块和光电门，如图甲 所示滑块上装有挡光条和弹簧片，如图乙所示 2探究过程 (1)先用天平测出带弹簧片的滑块 1、滑块 2 的质量m1、m2，然后用手推动滑块 1 使其获 得初速度v1，与静止的滑块 2 发生正碰，测定碰撞前、后两滑块的速度大小，并算出两滑块 碰撞前、后的动能Ek1、Ek2和Ek1、Ek2，比较Ek1Ek2和Ek1Ek2的大小 (2)换用不带弹簧片的两滑块重复实验(1) (3)将滑块上的弹簧片换成橡皮泥，使有橡皮泥的两端正对，重复实验(1) 3实验结论 对于不同的碰撞情况，动能的变化情况不同，在第一种情况下，两滑块碰撞前、后的动 能之和大致不变，在第二、三种情况下，碰后两滑块的动能之和变小了，而第三种情况动能 损失的更多 【例 2】 某同学利用气垫导轨做“探究碰撞前、后物体动能变化”的实验，气垫导轨装 第 - 4 - 页 共 7 页 置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成 (1)下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 接通光电计时器； 把滑块 2 静止放在气垫导轨的中间； 滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 释放滑块 1，滑块 1 通过光电门 1 后与左侧有固定弹簧的滑块 2 碰撞，碰后滑块 1 和滑 块 2 依次通过光电门 2，两滑块通过光电门后依次被制动； 读出滑块通过两个光电门的挡光时间：滑块 1 通过光电门 1 的挡光时间 t110.01 ms，通过光电门 2 的挡光时间 t249.99 ms，滑块 2 通过光电门 2 的挡光时间 t38.35 ms； 测出挡光片的宽度d5 mm，测得滑块 1(包括撞针)的质量为m1300 g，滑块 2(包括弹 簧)质量为m2200 g； (2)数据处理与实验结论： 实验中气垫导轨的作用是：A._，B_. 碰撞前滑块 1 的速度v1为_m/s； 碰撞后滑块 1 的速度v2为_m/s； 滑块 2 的速度v3为_m/s；(结果保留两位有效数字) 碰撞前两滑块的总动能Ek1_J，碰撞后两滑块的总动能Ek2_J， Ek1_Ek2(选填“”“”或“”) 解析 (2)A.大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力 B保证两个滑块的碰撞是正碰 滑块 1 碰撞前的速度v1 m/s0.50 m/s； d t1 5 × 103 10.01 × 103 滑块 1 碰撞后的速度v2 m/s0.10 m/s； d t2 5 × 103 49.99 × 103 滑块 2 碰撞后的速度v3 m/s0.60 m/s； d t3 5 × 103 8.35 × 103 碰撞前的总动能Ek1m1v0.037 5 J 1 2 2 1 碰撞后的总动能Ek2m1vm2v0.037 5 J 1 2 2 2 1 2 2 3 所以碰撞前后总动能相等 第 - 5 - 页 共 7 页 答案 (2)A.大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力 B保证两个滑块的碰撞是正碰 0.50 0.10 0.60 0.037 5 0.037 5 (1)利用气垫导轨探究碰撞时，一定要保证碰撞的两物体“水平”和“正碰” (2)只有弹性碰撞时，碰撞前、后动能之和保持不变，一般情况下的碰撞总动能要减小 2如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车上系有一穿过打点计 时器的纸带，当甲车获得水平向右的速度时，随即启动打点计时器甲车运动一段距离后， 与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况， 如图乙所示电源频率为 50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为_m/s，碰撞后两车的共同 速度大小为_m/s. 解析 碰撞前 x1.20 cm，碰撞后 x0.80 cm，T0.02 s，由v 计算 x t 答案 0.60 0.40 对碰撞分类的认识和理解 弹性碰撞与非弹性碰撞的区别 弹性碰撞非弹性碰撞 碰后形 变情况 完全恢复不能完全恢复 能量损 失情况 没有能量损失，碰撞前后系统的 动能相等 一部分动能转变为其他形式的能，碰撞 前后系统的动能不再相等 名师提醒 两种碰撞的本质区别是碰撞前后系统动能是否守恒现实生活中的碰撞， 第 - 6 - 页 共 7 页 多数是非弹性碰撞乒乓球拍击打乒乓球、网球拍击打网球、台球间的碰撞可近似看作弹性 碰撞 【例 3】 如图所示，两小球在同一轨道槽内发生了碰撞，两小球都是弹性小球，则它们 的碰撞属于( ) A完全非弹性碰撞 B弹性碰撞 C非弹性碰撞D碰撞前后动能保持不变 B 两小球都是弹性小球，属于弹性碰撞，故选项 B 正确 (1)弹性碰撞是一种理想化碰撞，现实中的多数碰撞实际上都属于非弹性碰撞 (2)当两物体碰撞后不再分开，此时系统动能损失最大，称为完全非弹性碰撞 课 堂 小 结知 识 网 络 1.碰撞现象的定义. 2.碰撞中动能的变化探究. 3.碰撞的分类：弹性碰撞 和非弹性碰撞. 1(多选)两个物体发生碰撞( ) A碰撞中一定产生了内能 B碰撞前后，组成系统的动能可能不变 C碰撞前后，系统的总动能可能增大 D碰撞前后，系统的总动能可能减小 BD 若两物体发生弹性碰撞，系统的总动能不变；若发生的是非弹性碰撞，系统的总动 能会减小，但无论如何，总动能不会增加，所以 B、D 正确，A、C 错误 第 - 7 - 页 共 7 页 2 (多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的动能变化时， 下列哪些因素可导致实验误差( ) A导轨安放不水平 B小车上挡光条倾斜 C两小车质量不相等 D两小车碰后连在一起 AB 导轨安放不水平，小车速度将受重力的影响，从而导致实验误差；挡光条倾斜会导 致挡光条宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，使计算速度出现误差故本题应选 A、B. 3.如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相等的 物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统 动能损失最大的时刻是_(围绕速度来回答) 解析 当B触及弹簧后减速，而物体A加速，当A、B两物体速度相等时，A、B间距离 最小，弹簧压缩量最大，弹性势能最大由能量守恒定律可知系统损失的动能最多 答案 A和B的速度相等时