高中物理 第一章 动量守恒定律 5 弹性碰撞和非弹性碰撞课件 选择性必修第一册高中第一册物理课件

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点拨: 从位移—时间图像得到碰前、碰后速度.
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题型 3 多体碰撞问题 【例 3】 光滑水平轨道上有三个木块 A,B,C,质量分别为 mA =mB=m,mC=2m,开始时 B,C 均静止,A 以初速度 v0 向右运动, A 与 B 发生弹性正碰后,B 又与 C 发生碰撞并粘在一起,求:
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(2)设 A 车的质量为 mA,碰后加速度大小为 aA.根据牛顿第二定律有 μmAg=mAaA④ 设碰撞后瞬间 A 车速度的大小为 v′A,碰撞后滑行的距离为 sA.由运 动学公式有 v′2A=2aAsA⑤ 设碰撞前的瞬间 A 车速度的大小为 vA,两车在碰撞过程中动量守恒, 有 mAvA=mAv′A+mBv′B⑥ 联立③④⑤⑥式并利用题给数据得 vA=4.25 m/s 【答案】 (1)3.0 m/s (2)4.25 m/s
答案:D
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1.两个小球沿同一直线相向运动,若在相碰前它们的动量大小相 等,则相碰后( )
A.两个小球一定处于静止状态 B.两个小球的总动量一定为零 C.其中一个小球静止,另一个反弹回去 D.碰撞过程中两小球受到的冲量相等
解析:两球相向运动,系统动量守恒,因碰前它们的动量大小相等, 方向相反,则两球发生正碰后系统总动量为零,两球所受冲量大小相等, 方向相反,故 B 正确,A、C、D 错误.
A.mB=mA B.mB=14mA C.mB=16mA D.mB=6mA】 由动量守恒定律得 pA+pB=p′A+p′B,解得 p′A=1 kg·m/s,根据碰撞过程中总动能不增加,则有2pm2AA≥p2′mA2A+p2′mBB2 ,代入数 据解得 mB≥23mA,碰后两球同向运动,白色球 A 的速度不大于花色球 B 的速度,则pm′AA≤pm′BB,解得 mB≤4mA,综上可得23mA≤mB≤4mA.
(1)碰撞后的瞬间 B 车速度的大小. (2)碰撞前的瞬间 A 车速度的大小.
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【解析】 (1)设 B 车的质量为 mB,碰后加速度大小为 aB,根据牛顿 第二定律有 μmBg=mBaB①
式中 μ 是汽车与路面间的动摩擦因数. 设碰撞后瞬间 B 车速度的大小为 v′B,碰撞后滑行的距离为 sB.由运 动学公式有 v′B2=2aBsB② 联立①②式关利用题给数据得 v′B=3.0 m/s③
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要点一 弹性碰撞和非弹性碰撞 弹性碰撞和非弹性碰撞比较:
特征 机械能变化
动量变化
弹性碰撞 形变完全恢复 无机械能损失(守恒)
守恒
非弹性碰撞 形变不能完全恢复
有机械能损失 守恒
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题型 1 弹性碰撞和非弹性碰撞的判断 【例 1】 质量为 ma=1 kg,mb=2 kg 的小球在光滑的水平面上发 生碰撞,碰撞前后两球的位移—时间图像如图所示,则可知碰撞属于 ()
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(1)若 m1=m2,这时 v′1=0 v′2=v1 这表示第一个物体的速度由 v1 变为 0,而第二个物体由静止开始 运动,运动的速度__等__于____第一个物体原来的速度. (2)若 m1≫m2,这时 v′1=v1,v′2=2v1 这表示碰撞后,第一个物体的___速__度___几乎没有改变,而第二个 物体以_____2v_1__的速度被撞出去. (3)若 m1≪m2,这时 v′1=-v1 v′2=0 这表示碰撞后,第一个物体以原来的___速__率___被弹回,而第二个 物体仍然__静__止____.
A.B 球动能的最大值是12mv20 B.B 球动能的最大值是18mv02
C.系统动能的最小值是 0
D.系统动能的最小值是18mv20
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解析:若发生弹性碰撞,碰后能量不损失,且发生速度交换,此时碰 后 B 球的速度最大,动能最大,为21mv20,选项 A 正确,B 错误;若发生 完全非弹性碰撞,即碰后 A,B 速度相等时,动能损失最大,系统动能最 小,根据动量守恒定律有 mAv0=mAv+mBv,解得 v=v20,系统动能的最小 值是2m2v2=14mv20,选项 C、D 错误.
【答案】 A
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题型 2 应用碰撞规律解决实际问题 【例 2】
汽车 A 在水平冰雪路面上行驶.驾驶员发现其正前方停有汽车 B, 立即采取制动措施,但仍然撞上了汽车 B.两车碰撞时和两车都完全停 止后的位置如图所示,碰撞后 B 车向前滑动了 4.5 m,A 车向前滑动了 2.0 m,已知 A 和 B 的质量分别为 2.0×103 kg 和 1.5×103 kg,两车与 该冰雪路面间的动摩擦因数均为 0.10,两车碰撞时间极短,在碰撞后 车轮均没有滚动,重力加速度大小 g 取 10 m/s2.求:
最后再判定 A,B,C 三组的速度值是否符合实际情景.A 项说明 A, B 碰后,运动方向都改变了,二者向相反方向运动,是可能的.B 项说明 A,B 碰后,二者以相同的速度沿正方向运动,是可能的.C 项说明 A,B 碰后,二者运动方向相同,且 B 球在前,A 球在后,B 的速度大于 A 的速 度,也是可能的.由以上分析可知 D 项是不可能的,故应选 D.
(2)B 与 C 碰撞中损失的动能 ΔE=21mvB2-21·3m·v2
得 ΔE=31mv20.
【答案】
(1)v0
v0 3
(2)13mv20
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变式训练 1 如图所示,在光滑水平地面上有两个完全相同的小
球 A 和 B,它们的质量都为 m.现 B 球静止,A 球以速度 v0 与 B 球发生 正碰,针对碰撞后的动能,下列说法中正确的是( )
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二、弹性碰撞的实例分析 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 _一__条__直__线_上,碰撞之后两球的___速__度___仍会沿着这条直线.这种碰撞 称为正碰,也叫作_对__心_碰__撞__或一维碰撞.
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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 发生弹性正碰,如图 所示.碰撞后它们的速度分别为 v′1 和 v′2.
(1)B 与 C 碰撞前后 B 的速度分别是多大? (2)B 与 C 碰撞中损失的动能是多少?
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【教你解决问题】
题干关键词
提取信息
光滑水平轨道
A 与 B,B 与 C 碰撞中动量均守恒
A 与 B 发生弹性正碰
碰撞中动量守恒、机械能守恒
B 与 C 发生碰撞并粘在 一起
(1)碰撞中动量守恒 (2)碰前 B 的动能减去碰后 B 和 C 的总动能等于损 失的动能
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【思考辨析】 (1)质量相等的两个物体发生碰撞时,一定交换速度.( × ) (2)在碰撞现象中,物体所受的外力作用一定不能忽略.( × ) (3)若碰撞过程中动能不变,这样的碰撞叫非弹性碰撞.( × ) (4)根据碰撞过程中动能是否守恒,碰撞可分为正碰和斜碰.( × ) (5)若在光滑水平面上两球相向运动,碰后均变为静止,则两球碰 前的动量大小一定相同.( √ )
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一、弹性碰撞和非弹性碰撞 1.弹性碰撞 如 果 系 统 在 碰 撞 前 后 动 能 不 变 , 这 类 碰 撞 叫 作 弹 性 碰 撞 (elastic collision). 2.非弹性碰撞 如果系统在碰撞后动能减少,这类碰撞叫作非弹性碰撞(inelastic collision). 3.完全非弹性碰撞:碰撞后两物体结合在一起,__机__械__能__损失最 多的碰撞.
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【解析】 (1)设 A 与 B 碰撞后,A 的速度为 vA,B 的速度为 vB,A 与 B 发生弹性正碰,由动量守恒定律和能量守恒定律有
mv0=mvA+mvB
21mv02=12mv2A+12mv2B,得 vA=0,vB=v0
设 B 与 C 发生碰撞后粘在一起的速度为 v,由动量守恒定律有 mvB =3mv,得 v=v30.
点拨:分析流程
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【例 4】 (多选)如图为运动员正在准备击球,设在运动员这一杆 中,白色球(主球)和花色球碰撞前、后都在同一直线上运动,碰前白 色球的动量 pA=5 kg·m/s,花色球静止,白色球 A 与花色球 B 发生碰 撞后,花色球 B 的动量变为 p′B=4 kg·m/s,则两球质量 mA 与 mB 间 的关系不可能是( )
答案:A
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要点二 碰撞过程中的三个制约因素 1.动量制约——系统动量守恒 即 m1v′1+m2v′2=m1v1+m2v2 2.动能制约——系统动能不增加 即12mv21+12mv22≥12mv′21+12mv′22.
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3.运动制约——碰撞过程的速度关系 (1)如果碰前两物体同向运动,则后面物体的速度必大于前面物体 的速度,即 v 后>v 前,碰撞后,原来在前的物体的速度一定增大,且 原来在前的物体的速度大于或等于原来在后的物体的速度,即 v 前 ′≥v 后′, (2)如果碰前两物体是相向运动,则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.若碰后沿同向运动,v 前 ′≥v 后′. 从 x—t 图得到的速度也一定要注意正负问题,斜率为负速度即为 负值,斜率为正速度即为正值.
A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞 C.完全非弹性碰撞 D.条件不足,不能确定
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【解析】 由 x-t 图像知,碰撞前 va=3 m/s,vb=0,碰撞后 v′a =-1 m/s,v′b=2 m/s,碰撞前动能12mav2a+12mbvb2=92 J,碰撞后动能12 mav′2a+21mbv′2b=29 J,故机械能守恒;碰撞前动量 mava+mbvb=3 kg·m/s, 碰撞后动量 mav′a+mbv′b=3 kg·m/s,故动量守恒,所以碰撞属于弹性 碰撞.
根据动量守恒定律得 m1v1=_m_1_v_′__1+__m__2v_′_ 2 ① 根据机械能守恒定律得
12m1v21=_21_m__1v_′__21_+__12_m_2_v_′__22 ②
从方程①②可以解出两个物体碰撞后的速度分别为
v′1=_mm_11_- +__mm_22_v_1 ③
v′2=_m__12+_m_1m__2v_1 ④
5.弹性 碰撞和非弹性 碰撞 (tánxìng)
(tánxìng)
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知识结构导图
核心素养目标 物理观念:弹性碰撞、非弹性碰撞. 科学思维:利用能量守恒与动量守恒观点解决物理问题. 科学探究:一维碰撞中两物体速度的关系. 科学态度与责任:(1)物理过程尊重客观事实,能正确判断一个碰 撞是否能发生. (2)能将所学知识应用于生活实际.
A.v′A=-2 m/s,v′B=6 m/s B.v′A=2 m/s,v′B=2 m/s C.v′A=1 m/s,v′B=3 m/s D.v′A=-3 m/s,v′B=7 m/s
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解析:A,B 碰撞中动量守恒,由 mvA+mvB=mv′A+mv′B 可判定 四个选项都有可能.再根据碰撞过程系统的动能不可能增加,即21mvA2 +21 mv2B≥12mv′2A+12mv′2B可判定 A,B,C 三组都有可能,而 D 项不可能.
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点拨: (1)物理情境
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(2)模型建构
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三体碰撞问题的解决流程 分解过程——整个过程变为多个子过程. 选择系统——A、B 或 A、C. 明确规律——每个物体在每个过程中遵循的规律. 构建方程——寻找关系,构建方程.
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【答案】 BCD
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变式训练 2 如图所示,材料的种类未定,但是质量相等的 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 6 m/s,B 球的速度是-2 m/s,不久 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 们做了很多种猜测,下面的哪一种猜测结果一定无法实现( )
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