2021-2022高二物理教科版选修3-5学案：第一章 1、2 碰撞 动量 Word版含答案

第一章碰撞与动量守恒1、碰撞教学目标1.通过观看图片，初步了解碰撞现象及其特点2.通过试验，使同学能娴熟测量质量、速度等基本物理量，能计算动能、动量之和、动能的转变量。

3.能通过试验中动能该变量的计算，对碰撞进行分类。

4.培育同学观看和计算的力量，初步培育同学用试验方法对同一现象从能量的角度进行分类的力量重点难点重点：碰撞的特点及分类难点：试验测量、数据处理和归纳设计思想动量守恒定律是自然界的基本守恒定律之一，是争辩微观粒子所必需的学问，具体来说，要学习原子结构和原子核的内容，动量的学问必不行少。

本章的核心是要体现学习中的探究精神，强调物理学中“守恒量”的思想。

本章第一节“碰撞”，是通过试验为后面的教学开放打基础，因此本节课从生活中常见的碰撞事例入手，通过体验、观看和争辩，总结出碰撞现象的特点。

为整章的教学做好预备。

然后通过试验来探究碰撞中的动能变化，使同学在老师的适当引导下归纳出碰撞的分类。

然后老师进行总结，结合相关的资料，把碰撞问题向同学不生疏的领域适当拓展。

试验中，老师不要越俎代庖，要让同学自己动手试验，充分发挥同学在教学中的主体作用。

教学资源多媒体课件，气垫导轨（附光电门和滑块），弹簧片，数字计时器，天平，橡皮泥。

教学设计【课堂引入】碰撞是物质世界的常见现象，斯诺克中的碰撞给人以愉悦，汽车发生追尾给人们带来灾难，α粒子散射使人类生疏了原子结构，在这些碰撞现象的背后隐藏着什么样的规律呢？今日我们就来学习3-5第一章“碰撞与动量守恒”的第1节“碰撞”。

【课堂学习】学习活动一：感受和体会碰撞过程请同学们列举生活中的碰撞现象情境1：斯诺克中白球撞击花球。

情境2：大路上两车碰撞。

情境3：棒击球的一刹那。

情境4：跳高运动员落地。

（播放PPT）同学归纳：（1）必需是有相互作用的系统（2）作用时间很短老师引导并给出定义：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的变化，这一过程叫碰撞。

学案3 动量守恒定律[目标定位] 1.理解系统、内力、外力的概念.2.知道动量守恒定律的内容及表达式，理解其守恒的条件.3.了解动量守恒定律的普遍意义.一、动量守恒定律 [问题设计]在第一节“探究碰撞前后物体动能的变化”得到了如下数据，请接着完成下表.答案 计算结果：①0.1027 ②0.1012 ③0.065 ④0.0644结论：在试验误差允许的范围内，两滑块碰撞前后的总动量保持不变. [要点提炼]1.假如一个系统不受外力或者所受合外力为零，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律.2.动量守恒定律成立的条件：(1)系统不受外力或者所受外力的合力为零.(2)系统外力远小于内力时，外力的作用可以忽视，系统的动量守恒. (3)系统在某个方向上的合外力为零时，系统在该方向上动量守恒. 3.动量守恒定律的表达式：(1)m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′(作用前后动量相等). (2)Δp ＝0(系统动量的增量为零).(3)Δp 1＝－Δp 2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量大小相等、方向相反). 二、动量守恒定律的理解和简洁应用 1.动量守恒定律的“五性”(1)系统性：留意推断是哪几个物体构成的系统的动量守恒. (2)矢量性：是矢量式，解题时要规定正方向.(3)相对性：系统中各物体在相互作用前后的速度必需相对于同一惯性系，通常为相对于地面的速度.(4)同时性：初动量必需是各物体在作用前同一时刻的动量；末动量必需是各物体在作用后同一时刻的动量. (5)普适性：不仅适用于两个物体或多个物体组成的系统，也适用于宏观低速物体以及微观高速粒子组成的系统.2.应用动量守恒定律解题的基本思路 (1)明确争辩对象合理选择系统. (2)推断系统动量是否守恒.(3)规定正方向及初、末状态. (4)运用动量守恒定律列方程求解.一、动量守恒的条件推断例1 如图1所示，甲木块的质量为m 1，以v 的速度沿光滑水平地面对前运动，正前方有一静止的、质量为m 2的乙木块，乙上连有一轻质弹簧.甲木块与弹簧接触后( )图1A.甲木块的动量守恒B.乙木块的动量守恒C.甲、乙两木块所组成系统的动量守恒D.甲、乙两木块所组成系统的动能守恒 答案 C 针对训练如图2所示，光滑水平面上A 、B 两小车间有一弹簧，用手抓住小车并将弹簧压缩后使两小车均处于静止状态.将两小车及弹簧看做一个系统，下列说法正确的是( )图2A.两手同时放开后，系统总动量始终为零B.先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C.先放开左手，后放开右手，总动量向左D.无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不肯定为零 答案 ACD解析 A 项，在两手同时放开后，水平方向无外力作用，只有弹簧的弹力(内力)作用，故动量守恒，即系统的总动量始终为零.B 项，先放开左手，再放开右手后，两手对系统都无作用力之后的那一段时间，系统所受合外力也为零，即动量是守恒的.C 项，先放开左手，系统在右手作用下，产生向左的冲量，故有向左的动量，再放开右手后，系统的动量仍守恒，即此后的总动量向左.D 项，无论何时放开手，只要是两手都放开就满足动量守恒的条件，即系统的总动量保持不变.若两手同时放开，那么放开后系统的总动量就等于放手前的总动量，即为零；若两手先后放开，那么两手都放开后的总动量也是守恒的，但不为零. 二、动量守恒定律的应用例2 质量为3 kg 的小球A 在光滑水平面上以6 m /s 的速度向右运动，恰遇上质量为5 kg 、以4 m/s 的速度向左运动的小球B ，碰撞后B 球恰好静止，求碰撞后A 球的速度.解析 两球在光滑水平面上运动，碰撞过程中系统所受合外力为零，系统动量守恒.取A 球初速度方向为正方向初状态：v A ＝6 m /s ，v B ＝－4 m/s 末状态：v B ′＝0，v A ′＝？(待求) 依据动量守恒定律，有m A v A ＋m B v B ＝m A v A ′，得v A ′＝m A v A ＋m B v Bm A ≈－0.67 m/s其中负号表示A 球向左运动 答案 0.67 m/s ，方向向左例3 质量M ＝100 kg 的小船静止在水面上，船首站着质量m 甲＝40 kg 的游泳者甲，船尾站着质量m 乙＝60 kg 的游泳者乙，船首指向左方，若甲、乙两游泳者在同一水平线上，甲朝左、乙朝右以3 m/s 的速率跃入水中，则( )A.小船向左运动，速率为1 m/sB.小船向左运动，速率为0.6 m/sC.小船向右运动，速率大于1 m/sD.小船仍静止解析 设水平向右为正方向，两游泳者同时跳离小船后小船的速度为v ，依据甲、乙两游泳者和小船组成的系统动量守恒有－m 甲v 甲＋m 乙v 乙＋M v ＝0，代入数据，可得v ＝－0.6 m/s ，其中负号表示小船向左运动，所以选项B 正确. 答案 B动量,守恒,定律⎩⎪⎨⎪⎧动量守恒的条件动量守恒的表达式⎩⎪⎨⎪⎧ m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′Δp ＝0Δp 1＝－Δp 21.(动量守恒的条件推断)把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平面上，枪放射出一颗子弹时，关于枪、子弹和车，下列说法中正确的是( ) A.枪和子弹组成的系统动量守恒 B.枪和小车组成的系统动量守恒C.三者组成的系统由于枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，使系统的动量变化很小，可忽视不计，故系统动量近似守恒D.三者组成的系统动量守恒，由于系统只受重力和地面支持力这两个外力作用，这两个外力的合力为零 答案 D解析 由于枪水平放置，故三者组成的系统除受重力和支持力(两外力平衡)外，无其他外力，动量守恒.子弹和枪筒之间的力应为系统的内力，对系统的总动量没有影响.故选项C 错误.分开枪和小车，则枪和子弹组成的系统受到小车对其的外力作用，小车和枪组成的系统受到子弹对其外力作用，动量都不守恒，正确答案为选项D.2.(动量守恒的条件推断)图3如图3所示的装置中，木块B 与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A 沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短.现将子弹、木块和弹簧合在一起作为争辩对象(系统)，则此系统在从子弹开头射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中( ) A.动量守恒、机械能守恒 B.动量不守恒、机械能不守恒 C.动量守恒、机械能不守恒。

1.1《碰撞》学案学习目标：通过探究碰撞前后物体动能的变化，对碰撞进行分类。

新课预习：一、碰撞定义：做的两个（或几个）物体相遇而发生相互作用，在的时间内，它们的运动状态会发生的过程叫做碰撞。

二、碰撞中动能的变化实验探究：探究碰撞前后物体动能的变化实验装置：。

探究过程：1.先用天平分别测出的滑块1、滑块2的质量m1、m2，然后用手推动滑块1使其获得初速度v1，与静止的滑块2相碰（相碰时，两弹簧片要），测定碰撞前、后两滑块的速度大小，算出相关数据，填入课本表1-1-1中。

2.再换用的两滑块按照上面步骤进行实验，并读取实验数据，填入表1-1-1中。

3.将滑块上的弹簧片换成，用天平分别测出滑块1、滑块2的质量；使有橡皮泥的两端正对，让滑块1与滑块2相碰，测算出相关数据，填入表1-1-1中。

三、碰撞的分类1.弹性碰撞：。

2.非弹性碰撞：。

3.完全非弹性碰撞：。

同步测控：1．(双选)两个物体发生碰撞( )A．碰撞中一定产生了内能B．碰撞过程中，组成系统的动能可能不变C．碰撞过程中，系统的总动能可能增大D．碰撞过程中，系统的总动能可能减小解析：选BD.若两物体发生弹性碰撞，系统的总动能不变；若发生的是非弹性碰撞，系统的总动能会减小，但无论如何，总动能不会增加．所以正确选项为B、D.2．(双选)碰撞现象的主要特点有( )A．物体相互作用时间短B．物体相互作用前速度很大C．物体相互作用后速度很大D．物体间相互作用力远大于外力解析：选AD.碰撞过程发生的作用时间很短，作用力很大，远大于物体受到的外力，与物体作用前及作用后的速度大小无关．3．(单选)下列属于弹性碰撞的是( )A．钢球A与钢球BB．钢球A与橡皮泥球BC．橡皮泥球A与橡皮泥球BD．木球A与钢球B解析：选A.钢球A与钢球B发生碰撞，形变能够恢复，属于弹性碰撞，A对；钢球A与橡皮泥球B、橡皮泥球A与橡皮泥球B碰撞，形变不能恢复，即碰后粘在一起，是完全非弹性碰撞，B、C错；木球A与钢球B碰撞，形变部分能够恢复，属于非弹性碰撞，D错．4．(双选)下列说法正确的是( )A．两小球正碰就是从正面碰撞B．两小球斜碰就是从侧面碰撞C．两小球正碰就是对心碰撞D．两小球斜碰就是非对心碰撞解析：选CD.两小球碰撞时的速度沿着球心连线方向，称为正碰，即对心碰撞；两小球碰前的相对速度不在球心连线上，称为斜碰，即非对心碰撞．5．质量为1kg的A球以3m/s的速度与质量为2kg的B球发生碰撞，碰后两球以1m/s的速度一起运动．则两球的碰撞属于________类型的碰撞，碰撞过程中损失了________J动能．解析：由于两球碰后速度相同，没有分离，因此两球的碰撞属于完全非弹性碰撞，在碰撞过程中损失的动能为ΔE k＝12m A v2－12(m A＋m B)v2＝(12×1×32－12×3×12)J＝3J.答案：完全非弹性碰撞；3。

第1节碰__撞( 对应学生用书页码P1 )一、碰撞现象1、碰撞做相对运动的两个( 或几个)物体相遇而发生相互作用，运动状态发生改变的过程。

2、碰撞特点( 1 )时间特点:在碰撞过程中，相互作用时间很短。

( 2 )相互作用力特点:在碰撞过程中，相互作用力远远大于外力。

( 3 )位移特点:在碰撞过程中，物体发生速度突变时，位移极小，可认为物体在碰撞前后仍在同一位置。

试列举几种常见的碰撞过程。

提示:棒球运动中，击球过程；子弹射中靶子的过程；重物坠地过程等。

二、用气垫导轨探究碰撞中动能的变化1、实验器材气垫导轨，数字计时器、滑块和光电门，挡光条和弹簧片等。

2、探究过程( 1 )滑块质量的测量仪器:天平。

( 2 )滑块速度的测量仪器:挡光条及光电门。

( 3 )数据记录及分析，碰撞前、后动能的计算。

三、碰撞的分类1、按碰撞过程中机械能是否损失分为:( 1 )弹性碰撞:碰撞过程中动能不变，即碰撞前后系统的总动能相等，E k1＋E k2＝E k1′＋E k2′。

( 2 )非弹性碰撞:碰撞过程中有动能损失，即动能不守恒，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。

E k1′＋E k2′＜E k1＋E k2。

( 3 )完全非弹性碰撞:碰撞后两物体黏合在一起，具有相同的速度，这种碰撞动能损失最大。

2、按碰撞前后，物体的运动方向是否沿同一条直线可分为: ( 1 )对心碰撞( 正碰 ):碰撞前后，物体的运动方向沿同一条直线。

( 2 )非对心碰撞( 斜碰 ):碰撞前后，物体的运动方向不在同一直线上。

( 高中阶段只研究正碰 )。

( 对应学生用书页码P1 )探究一维碰撞中的不变量1.探究方案方案一:利用气垫导轨实现一维碰撞 ( 1 )质量的测量:用天平测量。

( 2 )速度的测量:v ＝Δx Δt ，式中Δx 为滑块( 挡光片 )的宽度，Δt 为数字计时器显示的滑块( 挡光片 )经过光电门的时间。

( 3 )各种碰撞情景的实现:利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。

学案8 试验：探究动量守恒定律一、试验目的探究物体碰撞中动量变化的规律． 二、试验原理为了使问题简化，这里争辩两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同始终线运动，碰撞后仍沿这始终线运动． 设两个物体的质量分别为m 1、m 2，碰撞前的速度分别为v 1、v 2，碰撞后的速度分别为v 1′、v 2′，假如速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值．依据试验求出两物体碰前动量p ＝m 1v 1＋m 2v 2，碰后动量p ′＝m 1v 1′＋m 2v 2′，看p 与p ′是否相等，从而验证动量守恒定律． 三、试验设计试验设计需要考虑的问题：(1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上． (2)如何测定质量和速度． ①测量质量用天平．②测定碰撞前后的速度，这是试验成功的关键． 四、试验案例 气垫导轨上的试验器材：气垫导轨、气泵、光电计时器、天公平．气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着肯定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂移在导轨上(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由摩擦产生的影响．图1图2设Δx 为滑块(挡光片)的宽度，Δt 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间，则v ＝Δx Δt.五、试验步骤1．如图1所示调整气垫导轨，使其水平．是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应当能保持静止．2．按说明书连接好数字计时器与光电门．3．如图3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量和速度，将试验结果记入设计好的表格中．图34．如图4所示，在滑块上安装好弹性碰撞架．将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度．测出它们的质量后，将试验结果记入相应表格中．图45．如图5所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞，一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将试验结果记入相应表格中． 图56．依据上述各次碰撞的试验数据查找物体碰撞前后动量的变化规律．试验数据记录表例1 某同学利用气垫导轨做“探究动量守恒定律”的试验．气垫导轨装置如图6所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．图6(1)下面是试验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调整气垫导轨的调整旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt 1＝10.01 ms ，通过光电门2的挡光时间Δt 2＝49.99 ms ，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt 3＝8.35 ms ；⑧测出挡光片的宽度d ＝5 mm ，测得滑块1(包括撞针)的质量为m 1＝300 g ，滑块2(包括弹簧)的质量为m 2＝200 g ；(2)数据处理与试验结论： ①试验中气垫导轨的作用是：A ．________________________________________________________________________；B ．________________________________________________________________________.②碰撞前滑块1的速度v 1为__________ m /s ；碰撞后滑块1的速度v 2为__________ m/s ；滑块2的速度v 3为__________ m/s.(结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本试验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对试验数据的分析说明理由．(至少回答2个不变量)．a ．________________________________________________________________________；b ．________________________________________________________________________. 解析 (2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．B ．保证两个滑块的碰撞是一维的．②滑块1碰撞之前的速度v 1＝dΔt 1＝5×10－310.01×10－3 m /s ≈0.50 m/s ；滑块1碰撞之后的速度v 2＝dΔt 2＝5×10－349.99×10－3m /s ≈0.10 m/s ；滑块2碰撞之后的速度v 3＝dΔt 3＝5×10－38.35×10－3 m /s ≈0.60 m/s ；③a.系统动量之和不变．缘由：系统碰撞之前的总动量p 1＝m 1v 1＝0.15 kg·m /s ，系统碰撞之后总动量p 2＝m 1v 2＋m 2v 3＝0.15 kg·m/s. b ．系统碰撞前后总动能不变．缘由：系统碰撞之前的总动能E k1＝12m 1v 21＝0.0375 J 系统碰撞之后的总动能 E k2＝12m 1v 22＋12m 2v 23＝0.0375 J 所以系统碰撞前后总动能相等． c ．系统碰撞前后质量不变．答案 (2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B ．保证两个滑块的碰撞是一维的 ②0.50 0.10 0.60③a.系统动量之和不变．b.系统总动能不变．c.系统碰撞前后质量不变．例2某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中动量变化的规律的试验：在小车A 的前端粘有橡皮泥，推动小车A 使之做匀速直线运动．然后与原来静止在前方的小车B 相碰并粘合成一体，连续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图7所示．在小车A 后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz ，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．图7(1)若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间的距离标在图上，A 为运动起始的第一点．则应选________段来计算小车A 的碰前速度，应选______段来计算小车A 和小车B 碰后的共同速度(填。