教科版高中物理选修(3-5)1.1《碰撞》ppt教学课件

沙场练兵
一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞 向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为 45m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对垒球 的平均作用力有多大？
解：取垒球飞来的方向为正方向，设垒球的初、末动量分别 为P、P′则： P mv 0.18 25 kg m / s 4.5 kg m / s
牛顿第二定律 的另一种形式
物体动量的变化率等于它所受合外力.
动量的变化的原因是什么呢？
动量的变化与速度的变化有关
而速度的变化是因为有加速度 而牛顿第二定律告诉我们，
加速度是由物体所受的合外力产生的。
结论：动量的变化与合外力有关
解决单个物体的动量变化可以从牛顿运动定律入手
动量的变化率:
动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值。
思考与讨论
冲量
冲量与功有什么区别？
矢 量 标 量
I=Ft W= FS
N· S
力的时间积累 使动量发生变化
功
力的空间积累 N· m（J） 使动能发生变化
思考： 用水平力F推一静止在水平地面上 质量为m的物体，经过时间t，物体向前运 动了一段位移s。请问这段时间内，力F的 冲量和所做的功分别为多大？重力的冲量 和所做的功分别为多大？
思路点拨：用牛顿第二定律和运动学公式推导
理论探究
解： 由牛顿第二定律可知
F ma
v v 又加速度为 a t v v mv mv p p F m 得 t t t
由于
故
p p p
p F t
思考讨论
p 公式 F 的物理意义 t
物体动量的变化率等于物体所受合外力
摩托车头盔里的衬垫

【例1】 一个质量为2 kg的小球A以v0＝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A、B的速度均为2 m/s. (2)碰后A的速度为1 m/s，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 Ek0＝12mAv20＝9 J. (1)当碰后 A、B 速度均为 2 m/s 时，碰后系统的动能 Ek＝12mAvA2 ＋12mBv2B
＝(12×2×22＋12×1×22)J＝6 J<Ek0 故碰撞为非弹性碰撞．
(2)当碰后 vA＝1 m/s，vB＝4 m/s 时，碰后系统的动能 Ek′＝12mAv2A＋12mBv2B ＝(12×2×12＋12×1×42)J＝9 J＝Ek0 故碰撞为弹性碰撞．
从开始下落到落到海绵垫上停止时，mg(t＋Δt1)－F－ Δt1 ＝0 代入数据，解得F－＝1 400 N
下落到沙坑中时，mg(t＋Δt2)－F－ ′Δt2＝0 代入数据，解得F－′＝7 700 N.
高中物理·选修3-5·教科版
碰撞
[目标定位] 知道什么是碰撞及碰撞的分类，掌握弹性碰撞和非弹性碰撞 的区别.
一、碰撞 1．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 过程叫做碰撞． 2．碰撞的分类 (1)弹性碰撞：碰撞前后两滑块的_总__动__能__不变． (2)非弹性碰撞：碰撞后两滑块的总动能_减__少__了． (3)完全非弹性碰撞：两物体碰后_粘__在__一__起__，以_相__同__的速 度运动，完全非弹性碰撞过程动能损失最大．
二、碰撞中的动能变化及碰撞分类 (1)发生碰撞的两物体，若两物体的形变是弹性的，碰后能 够恢复原状，两物体碰撞前后，若两物体的形变是非弹性的，碰后 不能够完全恢复原状，两物体碰撞后动能减少，这样的碰 撞叫非弹性碰撞． (3)若两物体碰后粘在一起，不再分开，此过程两物体损失 的动能最大，这样的碰撞叫完全非弹性碰撞．

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．
将v1代入即得F＝(m＋M)g＋(m＋M)
v21 L
＝(m＋M)g＋
m2v2 m＋ML.
答案 (m＋M)g＋mm＋2vM2L
三、从动量、能量观点解决的有关问题
【例3】 如图所示，一轻质弹簧两端连接着物体A和B，
放在光滑的水平面上，物体A被水平速度为v0的子弹击中，子
弹嵌在其中，已知A的质量是B的质量的
(1)对子弹进入A的过程，由动量守恒定律得 mv0＝(m＋mA)v1， 解得v1＝mm＋vm0 A＝v40. (2)以子弹和A、B组成的系统作为研究对象，整个过程动 量守恒，弹簧压缩量最大时，它们的速度相等，由动量守恒定 律得mv0＝(m＋mA＋mB)v2， 解得v2＝m＋mmvA＋0 mB＝v80.
由动量守恒定律得pA′＝2 kg·m/s，由题设vA＞vB， 即mpAA＞mpBB 得mB＞1.4mA，故A选项错误． 碰后vB′≥vA′，即pmB′B ≥pmA′A ，则mB≤5 mA，则选项D 错误；碰撞过程，动能不能增加，即
2pmA2 A＋2pmB2 B≥p2Am′A2＋p2Bm′B2，推得mB≥177mA 故选项B错误，所以选项C正确．
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．

有些碰撞沿一条直线，有些碰不在一条直线上；
有些碰撞过程可能机械能守恒，有些过程机械 能可能不守恒……
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理论论证
m v0
m
2m v
由动量守恒定律：
m0v02mv
v
v0 2
碰撞前系统总动能：
Ek0
1 2
mv02
碰撞后系统总动能：E k1 22m2 v1 22m (v 2 0)21 4m02v
Ek Ek0 碰撞过程中有机械能损失
2、非对心碰撞——斜碰： 碰前运动速度与两球心连线不在同一直线上
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(三)碰撞规律总结
1、动量制约 ——守恒 2、动能制约 ——不增 3、运动制约 ——合理
【例3】在光滑水平面上，动能为E0、动量的大小为P0的
小钢球1与静止的小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1的运动
方向相反，将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为E1、
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(二)碰撞的分类
分类方式之一：从能量变化方面分类
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：碰撞后两物粘合在一起， 以共同速度运动 机械能损失最大!
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【讨论问题一】
一维弹性碰撞的碰后速度的确定
v1
v1/
v2/
m1
m2
m 1 v1m 1 v1 m 2v2
P1，球2的动能和动量的大小分别记为E2、P2，则必有：
A、E1<E0
B、P1<P0
C、E2>E0
D、P2>P0
参考答案:
AB D
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小结：