教科版 (2019)選擇性必修 第一冊第一章 動量與動量守恒定律5 碰撞集體備課課件ppt

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1.知道彈性碰撞和非彈性碰撞。(物理觀念)2.了解中子的發(fā)現(xiàn)過程。(物理觀念)3.會用動量、能量的觀點綜合分析、解決一維碰撞問題。(科學(xué)思維)
基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測全達標
一、碰撞的分類根據(jù)碰撞前后兩物體總動能是否變化,可將碰撞分為　　　　　　　　和　　　　　　　　　兩類。? 無機械能損失彈性碰撞:碰撞過程中,系統(tǒng)總機械能　　　　　　的碰撞。?非彈性碰撞:碰撞過程中,系統(tǒng)總機械能　　　　的碰撞。? 機械能損失最大完全非彈性碰撞:在非彈性碰撞中,如果兩物體碰后　　　　　　　,以相同的速度運動,這種碰撞稱為完全非彈性碰撞。?
二、中子的發(fā)現(xiàn)1932年,英國物理學(xué)家　　　　　　發(fā)現(xiàn)了中子。?中子質(zhì)量的計算:設(shè)中性粒子的質(zhì)量為m,碰前速率為v,碰后速率為v',氫核的質(zhì)量為mH,碰前速率為零,碰后速率為vH,碰撞前后的動量和動能都守恒,則mv=mv'+mHvH
已知氮核質(zhì)量與氫核質(zhì)量的關(guān)系為mN=14mH,查德威克在實驗中測得氫核速率和氮核速率的關(guān)系是vH≈7.5vN,由此得m=mH。
情境鏈接如圖所示,光滑水平面上并排靜止著小球2、3、4,小球1以速度v0向著小球2、3、4運動,已知四個小球完全相同,小球間發(fā)生彈性碰撞,則碰撞后各小球的運動情況如何?
提示 小球1與小球2碰撞后交換速度,小球2與小球3碰撞后交換速度,小球3與小球4碰撞后交換速度,最終小球1、2、3靜止,小球4以速度v0運動。
教材拓展閱讀教材P26“發(fā)展空間”中關(guān)于爆炸的講述,思考處理爆炸問題時常用到的物理規(guī)律。
提示 爆炸時,相互作用時間極短,相互作用力為變力,且遠大于系統(tǒng)所受外力,滿足動量守恒定律,因此常用動量守恒定律處理爆炸問題。
易錯辨析(1)碰撞前后系統(tǒng)的動量和機械能一定都守恒。(　　)(2)在光滑水平面上的兩球相向運動,碰撞后均變?yōu)殪o止,則兩球碰撞前的動量大小一定相同。(　　)(3)水平面上的兩個小球碰撞后,它們的總機械能可能比碰撞前大。(　　)
探究點一　碰撞的分類和理解
導(dǎo)學(xué)探究用兩根光滑的鋼棒(或較粗的鐵絲)組裝成水平軌道,架在兩個凳子上,并固定起來,軌道上放置A、B兩組完全相同的玻璃球,如圖所示,每次分別撥動A組的1個、2個或3個玻璃球去碰撞B組的玻璃球。實驗之前,你先猜想一下會出現(xiàn)什么現(xiàn)象,然后通過實驗,看看實際現(xiàn)象與你的猜想是否一致,并用所學(xué)的知識去解釋它。
提示 當(dāng)撥動A組的1個、2個或3個玻璃球去碰撞B組的玻璃球時,A組的玻璃球會停在B組玻璃球的位置,而B組的玻璃球會有1個、2個或3個玻璃球沿軌道運動。因為它們發(fā)生的是完全彈性碰撞,系統(tǒng)的動能和動量都守恒,所以碰撞后,玻璃球交換速度。
知識歸納1.碰撞過程的特點(1)時間特點:碰撞現(xiàn)象中,相互作用的時間極短,相對物體的全過程可忽略不計。(2)受力特點:在碰撞過程中,系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力,外力可以忽略,系統(tǒng)的總動量守恒。(3)位移特點:在碰撞過程中,由于在極短的時間內(nèi)物體的速度發(fā)生突變,物體發(fā)生的位移極小,可認為碰撞前后物體處于同一位置。(4)能量的特點:碰撞過程系統(tǒng)的動能不會增加,可能減少,也可能不變。
2.碰撞的分類(1)按碰撞前后系統(tǒng)的機械能是否守恒可分為彈性碰撞和非彈性碰撞。(2)按碰撞前后球的速度是否與兩球心的連線在同一直線上可分為對心碰撞和非對心碰撞。3.處理碰撞問題的三個原則(1)動量守恒,即p1+p2=p1'+p2'。(2)動能不增加,即Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'。(3)速度要合理。①碰前兩物體同向,則v后>v前,碰后原來在前的物體速度一定增大,且v前'≥v后';②兩物體相向運動,碰后兩物體的運動方向不可能都不改變,除非兩物體碰撞后速度均為零。
應(yīng)用體驗【例1】 如圖所示,質(zhì)量相等的A、B兩個球,原來在光滑水平面上沿同一直線相向做勻速直線運動,A球的速度是8 m/s,B球的速度是-4 m/s,經(jīng)過一段時間后A、B兩球發(fā)生了對心碰撞。對于該碰撞之后的A、B兩球的速度可能值,某實驗小組的同學(xué)們做了多種猜測,下面的猜測結(jié)果一定無法實現(xiàn)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　分析碰撞問題的三個技巧(1)當(dāng)遇到兩物體發(fā)生碰撞的問題時,不管碰撞環(huán)境如何,要首先想到利用動量守恒定律。(2)對心碰撞是同一直線上的運動過程,只在一個方向上列動量守恒方程即可,此時應(yīng)注意速度正、負號的選取。(3)判斷碰撞的種類就是看碰撞前后的總機械能變化情況。
對點演練1(多選)兩個小球A、B在光滑的水平地面上相向運動,已知它們的質(zhì)量分別是mA=4 kg、mB=2 kg,A的速度vA=3 m/s(設(shè)為正),B的速度vB=-3 m/s,則A、B發(fā)生正碰后,其速度可能(　　)A.均為+1 m/sB.分別為+4 m/s和-5 m/sC.分別為+2 m/s和-1 m/sD.分別為-1 m/s和+5 m/s
解析 驗證可知四個選項都滿足動量守恒定律。再看動能變化情況,Ek前
能增加,所以應(yīng)有Ek前≥Ek后,故B錯誤;選項C雖滿足Ek前≥Ek后,但A、B沿同一直線相向運動,發(fā)生碰撞后各自仍然保持原來的速度方向,這顯然是不符合實際的,故C錯誤;驗證A、D均滿足Ek前≥Ek后,且碰后狀態(tài)符合實際,故A、D正確。
探究點二　彈性碰撞的實例分析
導(dǎo)學(xué)探究超級碰撞球如圖所示。多顆籃球般大小的鋼球用鋼纜懸掛在屋頂。拉開最右邊鋼球到某一高度,然后釋放,碰撞后,僅最左邊的鋼球被彈起,擺至最大高度后落下來再次碰撞,致使最右邊鋼球又被彈起。鋼球交替彈開,周而復(fù)始,情境蔚為壯觀。上述現(xiàn)象如何解釋?
提示 鋼球間的碰撞為彈性碰撞,由于鋼球質(zhì)量相同,碰撞過程交換速度,故只有左、右兩端的鋼球擺動,其余鋼球不動。
知識歸納彈性碰撞的重要結(jié)論以質(zhì)量為m1、速度為v1的小球與質(zhì)量為m2的靜止小球發(fā)生彈性碰撞為例,則有m1v1=m1v1'+m2v2'
討論:①若m1=m2,則v1'=0,v2'=v1(速度交換)。②若m1>m2,則v1'>0,v2'>0,v1'