2018版高中物理人教版选修3-5教师用书：第16章+4 碰撞+Word版含解析

第十六章第四节：碰撞一、学习目标：（1）、研究弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。

知道什么弹性碰撞和非弹性碰撞。

（2）、能用动量守恒定律和能量守恒处理弹性碰撞问题。

（3）、知道什么是对心碰撞和非对心碰撞。

了解处理非对心碰撞问题的一般方法。

（4）、知道动量守恒定律及碰撞知识在物理学发展过程中的作用。

二、重点和难点：1.重点：弹性正撞的特点和应用学习策略：通过理论研究和实验验证，研究弹性正碰的特点。

并通过具体的例题学会应用。

2. 难点：非对心碰撞及其处理方法学习策略：通过学生阅读和分组讨论，结合具体实例了解非对心碰撞的特点及一般处理方法。

三、知识链接：1.动量守恒定律2.动能守恒四、自主学习与展示：(一)碰撞中能量问题1（A级）：你知道了碰撞过程中什么量是守恒的？碰撞过程除了动量守恒，还有没有另外的守恒量？问题2（A级）：课本P13中思考与讨论：问题3（A级）：研究碰撞过程中能量是否守恒?如图，A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。

使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后B球到达的高度与A球释放的高度。

问：实验中你看到了什么现象？你觉得能说明什么问题？问：对你的这个结论，有没有办法定量研究？（二）碰撞的种类：（A级）上述讨论的两种碰撞，一种碰撞过程中没有机械能损失，称为弹性碰撞，另一种有机械能损失，称为非弹性碰撞。

1.弹性碰撞：特点:2.非弹性碰撞：特点:3.完全非弹性碰撞：特点:[探究1]（A级）理解弹性碰撞和非弹性碰撞区别和联系：动量:能量损失钢球、玻璃球的碰撞形变由于是弹性力作用，形变能完全恢复，所以没有能量损失。

是弹性碰撞木制品碰撞的形变不能完全恢复，碰撞过程有能量损失，是非弹性碰撞。

橡皮泥球的碰撞为完全非弹性碰撞。

理论研究和实验验证相结合研究问题的方法是研究科学问题的常用方法。

[探究2]（B级）研究弹性碰撞碰后运动情况：讨论：1.m B＝m A，2.m B＞＞m A，3.m B＜＜m A（三）对心碰撞和非对心碰撞（A级）1.对心碰撞实例：2. 非对心碰撞：对心碰撞是在一条直线上，我们在这个方向应用动量守恒定律，那么非对心碰撞如何应用动量守恒定律？例：如图，同质量的小球1和2，运动的1球与静止的2球发生非对心碰撞，如果碰撞后2球的速度如图中所示，试画出1球碰撞后的速度。

普通高中课程标准实验教科书一物理（选修3-5）［人教版］-第十六章动量守恒定律一新课标要求-1 •内容标准-（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。

知道弹性碰撞和非弹性碰撞。

-（2）通过实验，理解动量和动量守恒定律。

能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。

知道动量守恒定律的普遍意义。

-例1火箭的发射利用了反冲现象。

例2收集资料，了解中子是怎样发现的。

讨论动量守恒定律在其中的作用。

学科网（3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。

2.活动建议-制作“水火箭”。

-新课程学习-16. 4 碰撞-★新课标要求-（一）知识与技能-1.认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞-2.了解微粒的散射-（二）过程与方法-通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。

（三）情感、态度与价值观■■感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。

-★教学重点-用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题-★教学难点-对各种碰撞问题的理解. ★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 一 ★课时安排 1课时 - ★教学过程 （一）引入新课碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点:1. 碰撞过程中动量守恒.-提问：守恒的原因是什么？（因相互作用时间短暂，因此一般满足F 内>>F 外的条件）2. 碰撞过程中，物体没有宏观的位移， 但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变.3.碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加.-提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？ （在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）-熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求. （二）进行新课- 1•展示投影片1，内容如下: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？ 一组织学生认真读题，并给三分钟时间思考.（1）提问学生解题方法，可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力F 做负功使机械能损失，因而解之为 -Mg （h+L ） +mgL-FL=O.-将此结论写在黑板上，然后再组织学生分析物理过程. 一（2）引导学生回答并归纳：第一阶段，M 做自由落体运动机械能守恒.m 不动，直到M 开始接触m 为止.再下面一个阶段， M 与m 以共同速度开始向地层内运动.阻力 F 做负功，系统机械能损失.提问：第一阶段结束时，M 有速度，V M 二.2gh ，而m 速度为零。

碰撞基础知识 基本技能1．碰撞的特点(1)碰撞的概念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。

(2)碰撞过程中的特点。

①时间特点：在碰撞现象中，相互作用时间很短。

②相互作用力特点：在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后再急剧减小，平均作用力很大。

③动量守恒条件特点：系统的内力远远大于外力，所以，系统即使所受外力之和不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒。

④位移特点：碰撞过程是在一瞬间发生的，时间极短，所以，在物体发生碰撞的瞬间，可忽略物体的位移。

可以认为物体在碰撞前后仍在同一位置。

⑤能量特点：碰撞过程中，一般伴随着机械能的损失，碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能，即E k1′＋E k2′≤E k1＋E k2。

⑥速度特点：一般情况下，碰撞的两物体彼此不穿透对方，碰撞结束时，速度大的物体在前，速度小的物体在后，或二者速度相同，再或者两物体速度方向相反。

不存在后面物体速度大于前面物体速度的情况，这样意味着碰撞还未结束，仍在相互作用的过程中。

【例1】 在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起，1球以速度v 0射向它们，如图所示。

设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )A ．v 1＝v 2＝v 3＝13v 0B ．v 1＝0，v 2＝v 3＝12v 0C ．v 1＝0，v 2＝v 3＝12v 0D ．v 1＝v 2＝0，v 3＝v 0解析：由题设条件，三个小球在碰撞过程中总动量和总动能守恒。

若各球质量均为m ，则碰撞前系统总动量为mv 0，总动能应为12mv 20。

假如选项A 正确，则碰后总动量为33mv 0，这显然违反了动量守恒定律，故不可能。

假如选项B 正确，则碰后总动量为22mv 0，这也违反了动量守恒定律，故也不可能。

假如选项C 正确，则碰后总动量为mv 0，但总动能为14mv 20，这显然违反了动能守恒，故也不可能。

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第4节碰撞1.理解弹性碰撞、非弹性碰撞、正碰（对心碰撞)和斜碰(非对心碰撞）．2．会运用动量守恒定律和能量的观点分析、解决一维碰撞问题．一、弹性碰撞和非弹性碰撞1．弹性碰撞和非弹性碰撞(1）弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒的碰撞叫弹性碰撞．（2）非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒的碰撞叫非弹性碰撞．2．一维弹性碰撞分析在光滑水平面上质量为m1的小球以速度v1与质量为m2的静止小球发生弹性正碰．根据动量守恒和能量守恒：m 1v1＝m1v′1＋m2v′2；12m1v错误!＝错误!m1v′错误!＋错误!m2v′错误!碰后两个物体的速度分别为v′1＝错误!v1，v′2＝错误!v1。

(1）若m1>m2，v′1和v′2都是正值,表示v′1和v′2都与v1方向同向．（若m1≫m2，v′1＝v1，v′2＝2v1,表示m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去)(2)若m1〈m2，v′1为负值,表示v′1与v1方向反向，m1被弹回．(若m1≪m2,v′1＝－v1，v′2＝0，表示m1被反向以原速率弹回，而m2仍静止)(3）若m1＝m2，则有v′1＝0，v′2＝v1，即碰撞后两球速度互换．(1）发生碰撞的两个物体，动量是守恒的．（）（2)发生碰撞的两个物体，机械能是守恒的．( ）(3）碰撞后，两个物体粘在一起，动量是守恒的，但机械能损失是最大的．( )提示:（1）√(2)×(3）√二、对心碰撞和非对心碰撞及散射1．对心碰撞和非对心碰撞(1)对心碰撞(正碰)：碰撞前后，物体的运动方向在一条直线上．（2）非对心碰撞（斜碰)：碰撞前后，物体的运动方向不在一条直线上．2．散射(1）定义:微观粒子碰撞时，微观粒子相互接近时并不发生直接接触而发生的碰撞．（2)散射方向：由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小,所以多数粒子碰撞后飞向四面八方．如图所示,打台球时，质量相等的母球与目标球发生碰撞,两个球一定交换速度吗？碰撞一定是对心碰撞吗？提示：不一定．只有质量相等的两个物体发生一维弹性碰撞时,系统的总动量守恒，总机械能守恒，才会交换速度，否则不会交换速度．母球与目标球碰撞时对心碰撞和非对心碰撞都有可能发生．知识点一碰撞过程的特点及分类1．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,所以动量守恒．2．碰撞的分类（1)弹性碰撞：系统动量守恒，机械能守恒．(2）非弹性碰撞：系统动量守恒,机械能减少,损失的机械能转化为内能．(3）完全非弹性碰撞:系统动量守恒，碰撞后合为一体或具有相同的速度,机械能损失最大．弹性碰撞在光滑水平面上有三个完全相同的小球,它们排成一条直线,2、3小球静止并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是（)A．v1＝v2＝v3＝错误!v0 B．v1＝0,v2＝v3＝错误!v0C．v1＝0，v2＝v3＝错误!v0D．v1＝v2＝0,v3＝v0［解析］由弹性碰撞的规律可知,当两球质量相等时,碰撞时两球交换速度．先球1与球2碰，再球2与球3碰，故选D.［答案］D完全非弹性碰撞如图所示的三个小球的质量都为m,B、C两球用轻弹簧连接后放在光滑的水平面上，A球以速度v沿B、C两球球心的连线向B球运动,碰后A、B两球粘在一起．问：(1)A、B两球刚刚粘合在一起时的速度是多大？（2)弹簧压缩至最短时三个小球的速度是多大？［解析] （1）在A、B碰撞的过程中弹簧的压缩量是极其微小的,产生的弹力可完全忽略,即C球并没有参与作用，因此A、B两球组成的系统所受合外力为零,动量守恒．以v0的方向为正方向，则有：mv＝2mv1，解得v1＝错误!.（2）粘合在一起的A、B两球向右运动，压缩弹簧，由于弹力的作用，C球加速,速度由零开始增大，而A、B两球减速，速度逐渐减小，当三球相对静止时弹簧最短,此时三球速度相等．在这一过程中，三球构成的系统动量守恒，有：2mv1＝3mv2,解得v2＝错误!v1＝错误!.[答案] (1）v2（2)错误!知识点二分析碰撞问题的“三个原则"1．动量守恒，即p1＋p2＝p′1＋p′2.2．总动能不增加，即E k1＋E k2≥E′k1＋E′k2或错误!＋错误!≥错误!＋错误!。

第4节碰__撞1．如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞，如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。

2．两小球碰撞前后的运动速度与两球心的连线在同一条直线上，这种碰撞称为正碰，也叫对心碰撞。

3．微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样“接触”，这样的碰撞又叫散射。

一、碰撞的分类1．从能量角度分类(1)弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒。

(2)非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒。

(3)完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体或碰后具有共同速度，这种碰撞动能损失最大。

2．从碰撞前后物体运动的方向是否在同一条直线上分类(1)正碰：(对心碰撞)两个球发生碰撞，如果碰撞之前球的速度方向与两球心的连线在同一条直线上，碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着这条直线的方向而运动。

(2)斜碰：(非对心碰撞)两个球发生碰撞，如果碰撞之前球的运动速度方向与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度方向都会偏离原来两球心的连线而运动。

二、弹性碰撞特例1．两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则碰后两球速度分别为v1′＝m1－m2m1＋m2v1，v2′＝2m1m1＋m2v1。

2．若m1＝m2的两球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则v1′＝0，v2′＝v1，即两者碰后交换速度。

3．若m1≪m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝－v1，v2′＝0。

表明m1被反向以原速率弹回，而m2仍静止。

4．若m1≫m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝v1，v2′＝2v1。

表明m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。

三、散射1．定义微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样“接触”而发生的碰撞。

2．散射方向由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小，所以多数粒子碰撞后飞向四面八方。

1．自主思考——判一判(1)两小球在光滑水平面上碰撞后粘在一起，因而不满足动量守恒定律。

(×)(2)速度不同的两小球碰撞后粘在一起，碰撞过程中没有能量损失。

1 实验：探究碰撞中的不变量一、实验目的1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路．2．探究一维碰撞中的不变量．二、实验原理1．碰撞中的特殊情况—-一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动．2．追寻不变量在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度,设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′.如果速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．依据猜想与假设，通过实验探究寻找碰撞前后的不变量，可能是下列的哪些关系?（1)可能是质量与速度的乘积，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.(2)可能是质量与速度的二次方的乘积，即m1v错误!＋m2v错误!＝m1v1′2＋m2v2′2.(3)也许是物体的速度与质量的比值,即错误!＋错误!＝错误!＋错误!。

…探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量碰撞前后的速度v1、v2、v1′、v2′。

因此，利用气垫导轨和与之配套的光电计时装置，可保证两物体碰撞是一维碰撞,并可比较准确地测量出碰撞前后的速度．3．实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图16.1.1所示：图16。

1。

1（1）质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量:利用公式v＝错误!,式中Δx为滑块（挡光片）的宽度，Δt为计时器显示的滑块（挡光片)经过光电门时对应的时间．(3）利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量．（4）实验方法．①用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间,并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开,两个滑块随即向相反方向运动(图16。

1。

2甲)．②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架（图16。

1.2乙)，可以得到能量损失很小的碰撞．③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图16­1­2丙），这样可以得到能量损失很大的碰撞．图16­1­2方案二：利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞实验装置如图16。