高中物理第一章碰撞与动量守恒第一节物体的碰撞同步备课教粤教版选修3_6247

第一节物体的碰撞

[学习目标] 1.了解生活中的各种碰撞现象，知道碰撞的特点.2.通过实验探究，知道弹性碰撞和非弹性碰撞．

一、碰撞特点及分类

1．碰撞：碰撞就是两个或两个以上的物体在相遇的极短时间内产生非常大的相互作用的过程．2．碰撞特点

(1)相互作用时间短．

(2)作用力变化快．

(3)作用力峰值大．

因此其他外力可以忽略不计．

3．碰撞的分类

(1)按碰撞前后，物体的运动方向是否沿同一直线可分为：

①正碰(对心碰撞)：作用前后沿同一条直线．

②斜碰(非对心碰撞)：作用前后不沿同一条直线．

(2)按碰撞过程中机械能是否损失可分为弹性碰撞和非弹性碰撞．

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)最早发表有关碰撞问题研究成果的是伽利略．( ×)

(2)碰撞过程作用时间很短，相互作用力很大．( √)

(3)所有的碰撞，作用前、后物体的速度都在一条直线上．( ×)

二、弹性碰撞和非弹性碰撞

[导学探究] 演示实验：用如图1所示装置做实验．

图1

(1)让橡皮球A与另一静止的橡皮球B相碰，两橡皮球的质量相等，会看到什么现象？两橡皮

球碰撞前后总动能相等吗？

(2)在A 、B 两球的表面涂上等质量的橡皮泥，再重复实验(1)，可以看到什么现象？

若两橡皮球粘在一起上升的高度为橡皮球A 摆下时的高度的14，则碰撞前后总动能相等吗？ 答案 (1)可看到碰撞后橡皮球A 停止运动，橡皮球B 摆到橡皮球A 开始时的高度；根据机械能守恒定律知，碰撞后橡皮球B 获得的速度与碰撞前橡皮球A 的速度相等，这说明碰撞前后A 、B 两球的总动能相等．

(2)可以看到碰撞后两球粘在一起，摆动的高度减小．

碰前总动能E k ＝mgh

碰后总动能E k ′＝2mg ·h 4＝12

mgh 因为E k ′

[知识梳理] 按碰撞前后系统的总动能是否损失，可将碰撞分为：

(1)弹性碰撞：两个小球碰撞后形变能完全恢复，没有能量损失，即碰撞前后两个小球构成的系统总动能相等，E k1＋E k2＝E k1′＋E k2′.

(2)非弹性碰撞：两个小球碰撞后形变不能完全恢复，一部分动能最终转化为其他形式的能(如热能)，即碰撞前后两个小球构成的系统总动能不再相等，E k1＋E k2>E k1′＋E k2′.

[即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)碰撞时形变能够完全恢复的系统动能没有损失．( √ )

(2)两物体碰撞后粘在一起运动，系统的动能也可能不损失．( × )

(3)两物体碰撞后总动能可能增加．( × )

一、弹性碰撞与非弹性碰撞的判断

1．碰撞中能量的特点：碰撞过程中，一般伴随机械能的损失，即：E k1′＋E k2′≤E k1＋E k2.

2．碰撞的类型

(1)弹性碰撞：两个物体碰撞后形变能够完全恢复，碰撞后没有动能转化为其他形式的能，即碰撞前后两物体构成的系统的动能相等．

(2)非弹性碰撞：两个物体碰撞后形变不能完全恢复，该过程有动能转化为其他形式的能，总动能减少．

(3)完全非弹性碰撞：非弹性碰撞的特例：两物体碰撞后粘在一起以共同的速度运动，该碰撞称为完全非弹性碰撞，碰撞过程能量损失最多．

例1 一个质量为2 kg 的小球A 以v 0＝3 m/s 的速度与一个静止的、质量为1 kg 的小球B 正碰，试根据以下数据，分析碰撞性质：

(1)碰后小球A 、B 的速度均为2 m/s ；

(2)碰后小球A 的速度为1 m/s ，小球B 的速度为4 m/s.

答案 (1)非弹性碰撞 (2)弹性碰撞

解析 碰前系统的动能E k0＝12m A v 02＝9 J. (1)当碰后小球A 、B 速度均为2 m/s 时，碰后系统的动能

E k ＝12m A v A 2＋12m B v B 2＝(12×2×22＋12

×1×22) J ＝6 J ＜E k0，故该碰撞为非弹性碰撞．

(2)当碰后v A ′＝1 m/s ，v B ′＝4 m/s 时，碰后系统的动能 E k ′＝12m A v A ′2＋12m B v B ′2＝(12×2×12＋12

×1×42) J ＝9 J ＝E k0，故该碰撞为弹性碰撞． 针对训练 如图2所示，有A 、B 两物体，m 1＝3m 2，以相同大小的速度v 相向运动，碰撞后A 静止，B 以2v 的速度反弹，那么A 、B 的碰撞为( )

图2

A ．弹性碰撞

B ．非弹性碰撞

C ．完全非弹性碰撞

D ．无法判断 答案 A

解析 设m 1＝3m ，m 2＝m

碰撞前总动能12m 1v 12＋12

m 2v 22＝2mv 2 碰撞后总动能12m 1v 1′2＋12m 2v 2′2＝0＋12

×m (2v )2＝2mv 2 因为碰撞前后总动能不变，故为弹性碰撞，A 项正确．

二、碰撞模型的拓展

例2 如图3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( )

图3

A ．A 开始运动时

B ．A 的速度等于v 时

C ．B 的速度等于零时

D ．A 和B 的速度相等时

答案 D

解析 方法一：B 和A (包括弹簧)的作用，可以看成广义上的碰撞，两物体(包括弹簧)碰后粘