【推荐K12】2018_2019学年高中物理课时提升作业一第一章碰撞与动量守恒1.1碰撞教科版选修3_5

课时提升作业二动量(30分钟50分)一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)1.下列几种物理现象的解释中,正确的是( )A.砸钉子时不用橡皮锤,只是因为橡皮锤太轻B.跳高时往沙坑里填沙,是为了减小冲量C.在推车时推不动是因为推力的冲量为零D.动量相同的两个物体受到相同的制动力,两个物体将同时停下来【解析】选D。

砸钉子时不用橡皮锤,一是因为橡皮锤太轻,动量改变量小。

二是因为缓冲时间长,从而导致冲力小,故A错误;跳高时往沙坑里填沙,是为了延长缓冲时间,减小冲力,B错误;推车时推不动,是由于合外力的冲量为零,但推力冲量不为零,故C错误;由动量定理知,动量相同的两个物体受到相同的制动力,将同时停下来,D正确。

2.关于动量,以下说法正确的是( )A.做匀速圆周运动的质点,其动量不随时间发生变化B.单摆的摆球每次经过最低点时的动量均相同C.匀速飞行的巡航导弹巡航时动量始终不变D.平抛运动的质点在竖直方向上的动量与运动时间成正比【解析】选D。

做匀速圆周运动的物体速度方向时刻变化,故动量时刻变化,故A错;单摆的摆球相邻两次经过最低点时动量大小相等,但方向相反,故B错;巡航导弹巡航时虽速度不变,但由于燃料不断燃烧(导弹中燃料占其总质量的一部分,不可忽略),从而使导弹总质量不断减小,导弹动量减小,故C错;平抛运动物体在竖直方向上的分运动为自由落体运动,在竖直方向上的分动量p竖=mv y=mgt,故D正确。

3.把一支枪水平地固定在小车上,小车放在光滑的水平地面上,枪发射出子弹时,下列关于枪、子弹和车的说法中正确的是( )A.枪和子弹组成的系统动量守恒B.枪和车组成的系统动量守恒C.若子弹和枪筒之间的摩擦忽略不计,枪、车和子弹组成系统的动量才近似守恒D.枪、子弹和车组成的系统动量守恒【解析】选D。

枪发射子弹的过程中,它们的相互作用力是火药的爆炸力和子弹在枪管中运动时与枪管间的摩擦力,枪和车一起在水平地面上做变速运动,枪和车之间也有作用力;如果选取枪和子弹为系统,则车给枪的力为外力,选项A错;如果选取枪和车为系统,则子弹对枪的作用力为外力,选项B错;如果选车、枪和子弹为系统,爆炸力和子弹与枪管间的摩擦力均为内力,并不存在忽略的问题,系统在水平方向上不受外力,整体符合动量守恒的条件,故选项C错,D对。

1.4 美妙的守恒定律[学习目标]1.了解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞.2.会用动量、能量观点综合分析，解决一维碰撞问题.3.掌握弹性碰撞的特点，并能解决相关类弹性碰撞问题．一、弹性碰撞和非弹性碰撞[导学探究] 1.如图1所示，相同的钢球A 、B 用长度相等的丝线悬挂起来，使B 球自然下垂，处于静止状态，拉起A 球，放开后与B 球相撞，发现碰撞后A 球静止下来，而B 球能上升到与A 球原来相同的高度．那么A 、B 两球在碰撞前后的动量变化多少？动能变化多少？图1答案 碰撞前B 静止，由机械能守恒定律可得mgL (1－cos θ)＝12mv A 2解得：v A ＝2gL (1－cos θ).碰撞前二者总动量为：p 1＝mv A ＋mv B ＝m 2gL (1－cos θ) 总动能为：E k1＝12mv A 2＋12mv B 2＝mgL (1－cos θ)．碰撞后A 静止，对B 球：由机械能守恒定律可得：12mv B ′2＝mgL (1－cos θ)解得：v B ′＝2gL (1－cos θ) 可知碰撞后二者总动量：p 2＝mv B ′＋mv A ′＝m 2gL (1－cos θ).总动能为：E k2＝12mv B ′2＋12mv A ′2＝mgL (1－cos θ)．所以A 、B 两球组成的系统碰撞前后：Δp ＝0，ΔE k ＝0，即碰撞前后，动量守恒，机械能守恒． 2．如图2甲、乙所示，两个质量都是m 的物体，物体B 静止在光滑水平面上，物体A 以速度v 0正对B 运动，碰撞后两个物体粘在一起，以速度v 继续前进，两物体组成的系统碰撞前后的总动能守恒吗？如果不守恒，总动能如何变化？甲 乙图2答案 不守恒．碰撞时：mv 0＝2mv 因此v ＝v 02碰撞前系统的总动能：E k1＝12mv 02碰撞后系统的总动能：E k2＝12·2mv 2＝14mv 02所以ΔE k ＝E k2－E k1＝14mv 02－12mv 02＝－14mv 02，即系统总动能减少了14mv 02.[知识梳理] 弹性碰撞和非弹性碰撞的特点和规律1．碰撞特点：碰撞时间非常短；碰撞过程中内力远大于外力，系统所受外力可以忽略不计；可认为碰撞前后物体处于同一位置． 2．弹性碰撞(1)定义：在物理学中，动量和动能都守恒的碰撞叫做弹性碰撞． (2)规律动量守恒：m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′机械能守恒：12m 1v 12＋12m 2v 22＝12m 1v 1′2＋12m 2v 2′23．非弹性碰撞(1)定义：动量守恒，动能不守恒的碰撞叫做非弹性碰撞． (2)规律：动量守恒：m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′ 机械能减少，损失的机械能转化为内能 |ΔE k |＝E k 初－E k 末＝Q 4．完全非弹性碰撞(1)定义：两物体碰撞后“合”为一体，以同一速度运动的碰撞． (2)规律：动量守恒：m 1v 1＋m 2v 2＝(m 1＋m 2)v 共 碰撞中机械能损失最多|ΔE k |＝12m 1v 12＋12m 2v 22－12(m 1＋m 2)v 共2[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)发生碰撞的两个物体，机械能一定是守恒的．( × )(2)碰撞后，两个物体粘在一起，动量一定不守恒，机械能损失最大．( √ ) (3)发生对心碰撞的系统动量守恒，发生非对心碰撞的系统动量不守恒．( × )2．如图3所示，木块A 、B 的质量均为2kg ，置于光滑水平面上，B 与一水平轻质弹簧的一端相连，弹簧的另一端固定在竖直挡板上，A 以4m/s 的速度向B 运动，碰撞后两木块粘在一起运动，则两木块碰前的总动能为________J ，两木块碰后瞬间的总动能为________J ；A 、B 间碰撞为________(填“弹性”或“非弹性”)碰撞．弹簧被压缩到最短时，弹簧具有的弹性势能为________J.图3答案 16 8 非弹性 8 解析 A 、B 碰撞前的总动能为12m A v A2＝16J ，A 、B 在碰撞过程中动量守恒，碰后粘在一起共同压缩弹簧的过程中机械能守恒．由碰撞过程中动量守恒得：m A v A ＝(m A ＋m B )v ，代入数据解得v ＝m A v Am A ＋m B＝2m/s ，所以碰后A 、B 及弹簧组成的系统的总动能为12(m A ＋m B )v 2＝8J ，为非弹性碰撞．当弹簧被压缩至最短时，系统的动能为0，只有弹性势能，由机械能守恒得此时弹簧的弹性势能为8J. 二、研究弹性碰撞[导学探究] 已知A 、B 两个弹性小球，质量分别为m 1、m 2，B 小球静止在光滑的水平面上，如图4所示，A 以初速度v 0与B 小球发生正碰，求碰撞后A 小球速度v 1和B 小球速度v 2的大小和方向．图4答案 由碰撞中的动量守恒和机械能守恒得m 1v 0＝m 1v 1＋m 2v 2①由碰撞中动能守恒：12m 1v 02＝12m 1v 12＋12m 2v 22②由①②可以得出：v 1＝m 1－m 2m 1＋m 2v 0，v 2＝2m 1m 1＋m 2v 0 讨论 (1)当m 1＝m 2时，v 1＝0，v 2＝v 0，两小球速度互换； (2)当m 1>m 2时，则v 1>0，v 2>0，即小球A 、B 同方向运动．因m 1－m 2m 1＋m 2<2m 1m 1＋m 2，所以v 1<v 2，即两小球不会发生第二次碰撞．(其中，当m 1≫m 2时，v 1≈v 0，v 2≈2v 0.)(3)当m 1<m 2时，则v 1<0，而v 2>0，即小球A 向反方向运动．(其中，当m 1≪m 2时，v 1≈－v 0，v 2≈0.)一、碰撞的特点和分类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． 3．爆炸：一种特殊的“碰撞” 特点1：系统动量守恒． 特点2：系统动能增加．例1 在光滑的水平面上，质量为m 1的小球A 以速率v 0向右运动．在小球的前方有一质量为m 2的小球B 处于静止状态，如图5所示．小球A 与小球B 发生弹性碰撞后，小球A 、B 均向右运动．且碰后A 、B 的速度大小之比为1∶4，求两小球质量之比m 1m 2.图5答案 2解析 两球碰撞过程为弹性碰撞，以v 0的方向为正方向，由动量守恒定律得：m 1v 0＝m 1v 1＋m 2v 2 由机械能守恒定律得：12m 1v 02＝12m 1v 12＋12m 2v 22由题意知：v 1∶v 2＝1∶4 解得m 1m 2＝2.例2 如图6所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量均为m ＝1kg 的相同小球A 、B 、C ，现让A 球以v 0＝2m/s 的速度向着B 球运动，A 、B 两球碰撞后粘合在一起，两球继续向右运动并跟C 球碰撞，C 球的最终速度v C ＝1 m/s.求：图6(1)A 、B 两球跟C 球相碰前的共同速度多大？ (2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能？ 答案 (1)1m/s (2)1.25J解析 (1)A 、B 相碰满足动量守恒，以v 0的方向为正方向，有：mv 0＝2mv 1 得两球跟C 球相碰前的速度v 1＝1m/s.(2)两球与C 碰撞同样满足动量守恒，以v 0的方向为正方向，有：2mv 1＝mv C ＋2mv 2得两球碰后的速度v 2＝0.5m/s ， 两次碰撞损失的动能|ΔE k |＝12mv 02－12×2mv 22－12mv C 2＝1.25J.1．在碰撞过程中，系统的动量守恒，但机械能不一定守恒．2．完全非弹性碰撞(碰后两物体粘在一起)机械能一定损失(机械能损失最多)．例3 一弹丸在飞行到距离地面5m 高时仅有向右的水平速度v 0＝2m/s ，爆炸成为甲、乙两块水平飞出，甲、乙的质量比为3∶1.不计质量损失，取重力加速度g ＝10 m/s 2.则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是( )答案 B解析 弹丸爆炸瞬间爆炸力远大于外力，故爆炸瞬间动量守恒．因两弹片均水平飞出，飞行时间t ＝2h g ＝1s ，取向右为正方向，由水平速度v ＝xt知，选项A 中，v 甲＝2.5m/s ，v 乙＝－0.5 m/s ；选项B 中，v 甲＝2.5m/s ，v 乙＝0.5 m/s ；选项C 中，v 甲＝1m/s ，v 乙＝2 m/s ；选项D 中，v 甲＝－1m/s ，v 乙＝2 m/s.因爆炸瞬间动量守恒，故mv 0＝m 甲v 甲＋m 乙v 乙，其中m 甲＝34m ，m 乙＝14m ，v 0＝2m/s ，代入数值计算知选项B 正确．例4 如图7所示，ABC 为一固定在竖直平面内的光滑轨道，BC 段水平，AB 段与BC 段平滑连接，质量为m 1的小球从高为h 处由静止开始沿轨道下滑，与静止在轨道BC 段上质量为m 2的小球发生碰撞，碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上，且在碰撞过程中无机械能损失．求碰撞后小球m 2的速度大小v 2.(重力加速度为g )图7答案2m 12ghm 1＋m 2解析 设m 1碰撞前的速度为v ，根据机械能守恒定律有m 1gh ＝12m 1v 2，解得v ＝2gh ①设碰撞后m 1与m 2的速度分别为v 1和v 2，根据动量守恒定律有m 1v ＝m 1v 1＋m 2v 2② 由于碰撞过程中无机械能损失 12m 1v 2＝12m 1v 12＋12m 2v 22③联立②③式解得v 2＝2m 1vm 1＋m 2④ 将①代入④得v 2＝2m 12ghm 1＋m 2针对训练1 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小球以速度v 0射向它们，如图8所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度分别是( )图8A ．v 1＝v 2＝v 3＝33v 0 B ．v 1＝0，v 2＝v 3＝22v 0 C ．v 1＝0，v 2＝v 3＝12v 0D ．v 1＝v 2＝0，v 3＝v 0 答案 D解析 由于1球与2球发生碰撞时间极短，2球的位置来不及发生变化．这样2球对3球不产生力的作用，即3球不会参与1、2球碰撞，1、2球碰撞后立即交换速度，即碰后1球停止，2球速度立即变为v 0.同理分析，2、3球碰撞后交换速度，故D 正确．1．当遇到两物体发生碰撞的问题时，不管碰撞的环境如何，要首先想到利用动量守恒定律． 2．两质量相等的物体发生弹性正碰，速度交换．3．解题时，应注意将复杂过程分解为若干个简单过程(或阶段)，判断每个过程(或阶段)的动量守恒情况、机械能守恒情况．二、判断一个碰撞过程是否存在的依据 1．动量守恒，即p 1＋p 2＝p 1′＋p 2′.2．总动能不增加，即E k1＋E k2≥E k1′＋E k2′或p 1 22m 1＋p 222m 2≥p 1′22m 1＋p 2′22m 2.3．速度要符合情景：碰撞后，原来在前面的物体的速度一定增大，且原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度，即v 前′≥v 后′.例5 在光滑水平面上，一质量为m ，速度大小为v 的A 球与质量为2m 静止的B 球碰撞后，A 球的速度方向与碰撞前相反，则碰撞后B 球的速度大小可能是( ) A ．0.6v B ．0.4v C ．0.3v D ．0.2v答案 A解析 A 、B 两球在水平方向上合外力为零，A 球和B 球碰撞的过程中动量守恒，设A 、B 两球碰撞后的速度分别为v 1、v 2，以v 的方向为正方向，由动量守恒定律有：mv ＝mv 1＋2mv 2，①假设碰后A 球静止，即v 1＝0， 可得v 2＝0.5v由题意可知A 被反弹，所以球B 的速度有：v 2>0.5v ②A 、B 两球碰撞过程能量可能有损失，由能量关系有：12mv 2≥12mv 12＋12×2mv 22③ ①③两式联立得：v 2≤23v ④由②④两式可得：0.5v <v 2≤23v ，符合条件的只有0.6v ，所以选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．针对训练2 如图9所示，质量相等的A 、B 两个球，原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动，A 球的速度是6m/s ，B 球的速度是－2 m/s ，不久A 、B 两球发生了对心碰撞．对于该碰撞之后的A 、B 两球的速度可能值，某实验小组的同学们做了很多种猜测，下面的猜测结果一定无法实现的是( )图9A ．v A ′＝－2m/s ，vB ′＝6 m/s B ．v A ′＝2m/s ，v B ′＝2 m/sC ．v A ′＝1m/s ，v B ′＝3 m/sD ．v A ′＝－3m/s ，v B ′＝7 m/s 答案 D解析 两球碰撞前后应满足动量守恒定律及碰后两球的动能之和不大于碰前两球的动能之和，即m A v A ＋m B v B ＝m A v A ′＋m B v B ′①，12m A v A 2＋12m B v B 2≥12m A v A ′2＋12m B v B ′2②，答案D 中满足①式，但不满足②式，所以D 选项错误．1．一个符合实际的碰撞，一定是动量守恒，机械能不增加，满足能量守恒．2．要灵活运用E k ＝p 22m 或p ＝2mE k ，E k ＝12pv 或p ＝2E kv几个关系式．1．(碰撞的类型特点)现有甲、乙两滑块，质量分别为3m 和m ，以相同的速率v 在光滑水平面上相向运动，发生了碰撞．已知碰撞后，甲滑块静止不动，那么这次碰撞是( ) A ．弹性碰撞 B ．非弹性碰撞 C ．完全非弹性碰撞 D ．条件不足，无法确定答案 A解析 以甲滑块的运动方向为正方向，由动量守恒定律得：3m ·v －mv ＝0＋mv ′， 解得v ′＝2v碰前总动能E k ＝12×3m ·v 2＋12mv 2＝2mv 2碰后总动能E k ′＝12mv ′2＝2mv 2，E k ＝E k ′，所以A 正确．2．(碰撞特点及满足条件)(多选)质量为1kg 的小球以4m/s 的速度与质量为2kg 的静止小球正碰，关于碰后的速度v 1′和v 2′，下面可能正确的是( ) A ．v 1′＝v 2′＝43m/sB ．v 1′＝3m/s ，v 2′＝0.5 m/sC ．v 1′＝1m/s ，v 2′＝3 m/sD ．v 1′＝－1m/s ，v 2′＝2.5 m/s 答案 AD解析 由碰撞前后总动量守恒m 1v 1＝m 1v 1′＋m 2v 2′和能量不增加E k ≥E k1′＋E k2′验证A 、B 、D 三项皆有可能．但B 项碰后后面小球的速度大于前面小球的速度，不符合实际，所以A 、D 两项有可能． 3．(弹性碰撞的特点)(多选)甲物体在光滑水平面上运动速度为v 1，与静止的乙物体相碰，碰撞过程中无机械能损失，下列结论正确的是( ) A ．乙的质量等于甲的质量时，碰撞后乙的速度为v 1 B ．乙的质量远远小于甲的质量时，碰撞后乙的速率是2v 1 C ．乙的质量远远大于甲的质量时，碰撞后甲的速率是v 1 D ．碰撞过程中甲对乙做的功大于乙动能的增量 答案 ABC解析 由于碰撞过程中无机械能损失，故是弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒可以解得两球碰后的速度v 1′＝m 1－m 2m 1＋m 2v 1，v 2′＝2m 1m 1＋m 2v 1.当m 1＝m 2时，v 2′＝v 1，A 对；当m 1≫m 2时，v 2′＝2v 1，B 对；当m 1≪m 2时，v 1′＝－v 1，C 对；根据动能定理可知D 错．4．(多物体多过程的碰撞)如图10所示的三个小球的质量都为m ，B 、C 两球用水平轻弹簧连接后放在光滑的水平面上，A 球以速度v 0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：图10(1)A 、B 两球刚刚粘合在一起的速度是多大？ (2)弹簧压缩至最短时三个小球的速度是多大？ (3)弹簧的最大弹性势能是多少？答案 (1)v 02 (2)v 03 (3)112mv 02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v 0的方向为正方向，则有：mv 0＝2mv 1，解得v 1＝v 02.(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，三球和轻弹簧构成的系统动量守恒，以A 、B 两球刚刚粘合在一起的速度方向为正方向，有： 2mv 1＝3mv 2，解得v 2＝23v 1＝v 03.(3)当弹簧被压缩最短时，弹性势能E p 最大，即：E pm ＝12×2mv 12－12×3mv 22＝112mv 02.一、选择题考点一 碰撞的特点及类型1．下列关于碰撞的理解正确的是( )A ．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B ．在碰撞现象中，一般内力都远大于外力，所以可以认为碰撞时系统的动能守恒C ．如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞D ．微观粒子的相互作用由于不发生直接接触，所以不能称其为碰撞答案 A解析 碰撞是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象．一般内力远大于外力．如果碰撞中机械能守恒，就叫做弹性碰撞．微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强大内力作用的特点，所以仍然是碰撞，故选A.2．如图1所示，有两个质量相同的小球A 和B (大小不计)，A 球用细绳吊起，细绳长度等于悬点距地面的高度，B 球静止放于悬点正下方的地面上．现将A 球拉到距地面高度为h 处由静止释放，摆动到最低点与B 球碰撞后粘在一起共同上摆，则它们升起的最大高度为( )图1 A.h 2B ．h C.h 4D.h 2 答案 C解析 A 球由静止释放到最低点的过程做的是圆周运动，应用动能定理可求出末速度，mgh ＝12mv 12，所以v 1＝2gh ；A 、B 碰撞后并粘在一起的过程动量守恒，mv 1＝2mv 2；对A 、B 粘在一起共同上摆的过程应用机械能守恒，12(m ＋m )v 12＝(m ＋m )gh ′，联立解得h ′＝h 4. 3．(多选)在光滑水平面上，一质量为m 、速度大小为v 的A 球与质量为2m 静止的B 球碰撞后，A球的动能变为原来的19，则碰撞后B 球的速度大小可能是( ) A.13v B.23v C.49v D.59v 答案 AB解析 根据碰后A 球的动能变为原来的19，得：12mv ′2＝19×12mv 2，解得：v ′＝±13v ，碰撞过程中A 、B 两球组成的系统动量守恒，以A 的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv ＝mv ′＋2mv B ，解得：v B ＝13v 或v B ＝23v ，故选A 、B. 4．(多选)如图2甲所示，在光滑水平面上的两个小球发生正碰，小球的质量分别为m 1和m 2，图乙为它们碰撞前后的x －t 图像，已知m 1＝0.1kg ，由此可以判断( )图2A ．碰前m 2静止，m 1向右运动B ．碰后m 1和m 2都向右运动C ．由动量守恒可以算出m 2＝0.3kgD ．碰撞过程中系统损失了0.4J 的机械能答案 AC解析 碰前m 2的位移不随时间而变化，处于静止．m 1的速度大小为v 1＝Δx Δt＝4 m/s ，方向只有向右才能与m 2相撞，故A 正确；由题图乙读出，碰后m 2的速度为正方向，说明向右运动，m 1的速度为负方向，说明向左运动，故B 错误；由题图乙求出碰后m 2和m 1的速度分别为v 2′＝2 m/s ，v 1′＝－2 m/s ，根据动量守恒定律得m 1v 1＝m 2v 2′＋m 1v 1′，代入解得m 2＝0.3 kg ，故C 正确；碰撞过程中系统损失的机械能为ΔE ＝12m 1v 12－12m 1v 1′2－12m 2v 2′2＝0，故D 错误． 考点二 弹性正碰模型5．一中子与一质量数为A (A >1)的原子核发生弹性正碰．若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为( )A.A ＋1A －1B.A －1A ＋1C.4A (A ＋1)2D.(A ＋1)2(A －1)2 答案 A 解析 设碰撞前后中子的速度分别为v 1、v 1′，碰撞后原子核的速度为v 2，中子的质量为m 1，原子核的质量为m 2，则m 2＝Am 1.根据弹性碰撞规律可得m 1′＝m 2v 2＋m 1v 1′，12m 1v 12＝12m 2v 22＋12m 1v 1′2，解得v 1′＝m 1－m 2m 1＋m 2v 1，则碰后中子的速率为m 2－m 1m 1＋m 2v 1＝A －1A ＋1v 1，因此碰撞前后中子速率之比v 1v 1′＝A ＋1A －1，A 正确．6．(多选)如图3所示，在光滑水平面上停放质量为m 的装有弧形槽的小车．现有一质量也为m 的小球以v 0的水平速度沿切线水平的槽口向小车滑去(不计摩擦)，到达某一高度后，小球又返回小车右端，则( )图3A ．小球在小车上到达最高点时的速度大小为v 02B ．小球离车后，对地将向右做平抛运动C ．小球离车后，对地将做自由落体运动D ．此过程中小球对车做的功为12mv 02 答案 ACD解析 小球到达最高点时，小车和小球相对静止，且水平方向总动量守恒，小球离开车时类似弹性碰撞，两者速度完成互换，故选项A 、C 、D 都是正确的．7．(多选)如图4，小球A 的质量为m A ＝5kg ，动量大小为p A ＝4kg·m/s，小球A 水平向右运动，与静止的小球B 发生弹性碰撞，碰后A 的动量大小为p A ′＝1 kg·m/s，方向水平向右，则( )图4A ．碰后小球B 的动量大小为p B ＝3kg·m/sB ．碰后小球B 的动量大小为p B ＝5kg·m/sC ．小球B 的质量为15kgD ．小球B 的质量为3kg答案 AD解析 规定向右为正方向，碰撞过程中A 、B 组成的系统动量守恒，所以有p A ＝p A ′＋p B ，解得p B ＝3 kg·m/s，A 正确，B 错误；由于是弹性碰撞，所以没有机械能损失，故p A 22m A ＝p A ′22m A ＋p B 22m B，解得m B ＝3 kg ，C 错误，D 正确．考点三 完全非弹性碰撞模型8．两个完全相同、质量均为m 的滑块A 和B ，放在光滑水平面上，滑块A 与水平轻弹簧相连，弹簧另一端固定在墙上，当滑块B 以v 0的初速度向滑块A 运动时，如图5所示，碰到A 后不再分开，下述说法中正确的是( )图5A ．两滑块相碰和以后一起运动过程，A 、B 组成的系统动量均守恒B ．两滑块相碰和以后一起运动过程，A 、B 组成的系统机械能均守恒C ．弹簧最大弹性势能为12mv 02 D ．弹簧最大弹性势能为14mv 02 答案 D解析 B 与A 碰撞后一起运动的过程中，系统受到弹簧的弹力作用，合外力不为零，因此动量不守恒，A 项错误；碰撞过程，A 、B 发生非弹性碰撞，有机械能损失，B 项错误；以v 0的方向为正方向，碰撞过程mv 0＝2mv ，因此碰撞后系统的机械能为12×2m ⎝ ⎛⎭⎪⎫v 022＝14mv 02，弹簧的最大弹性势能等于碰撞后系统的机械能14mv 02，C 项错误，D 项正确． 9．(多选)如图6所示，三小球a 、b 、c 的质量都是m ，都放于光滑的水平面上，小球b 、c 与水平轻弹簧相连且静止，小球a 以速度v 0冲向小球b ，碰后与小球b 黏在一起运动．在整个运动过程中，下列说法中正确的是( )图6A ．三球与弹簧组成的系统总动量守恒，总机械能不守恒B ．三球与弹簧组成的系统总动量守恒，总机械能也守恒C ．当小球b 、c 速度相等时，弹簧弹性势能最大D ．当弹簧第一次恢复原长时，小球c 的动能一定最大，小球b 的动能一定不为零答案 ACD解析 在整个运动过程中，系统的合外力为零，总动量守恒，a 与b 碰撞过程机械能减少，故A 正确，B 错误；当小球b 、c 速度相等时，弹簧的压缩量或伸长量最大，弹性势能最大，故C 正确；当弹簧第一次恢复原长时，小球c 的动能一定最大，根据动量守恒和机械能守恒分析可知，小球b 的动能不为零，故D 正确．二、非选择题10．(多过程的碰撞问题)在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A 和B ，两者相距为d .现给A 一初速度，使A 与B 发生弹性正碰，碰撞时间极短．当两木块都停止运动后，相距仍然为d .已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ，B 的质量为A 的2倍，重力加速度大小为g .求A 的初速度的大小． 答案 235μgd 5解析 设在发生碰撞前的瞬间，木块A 的速度大小为v ；在碰撞后的瞬间，A 和B 的速度分别为v 1和v 2.以碰撞前木块A 的速度方向为正方向．在碰撞过程中，由机械能守恒和动量守恒得 12mv 2＝12mv 12＋12(2m )v 22① mv ＝mv 1＋(2m )v 2②由①②式得v 1＝－v 22③ 设碰撞后A 和B 运动的距离分别为d 1和d 2，由动能定理得－μmgd 1＝0－12mv 12④－μ(2m )gd 2＝0－12(2m )v 22⑤ 按题意有d ＝d 1＋d 2⑥设A 的初速度大小为v 0，由动能定理得－μmgd ＝12mv 2－12mv 02⑦ 联立②③④⑤⑥⑦式，得v 0＝235μgd 5. 11．(多物体多过程的碰撞问题)如图7所示，足够长的木板A 和物块C 置于同一光滑水平轨道上，物块B 置于A 的左端，A 、B 、C 的质量分别为m 、2m 和4m ，已知A 、B 一起以v 0的速度向右运动，滑块C 向左运动，A 、C 碰后连成一体，最终A 、B 、C 都静止，求：图7(1)C 与A 碰撞前的速度大小．(2)A 、B 间由于摩擦产生的热量．答案 (1)34v 0 (2)75mv 02 解析 取向右为正方向．(1)对三个物体组成的系统，根据动量守恒定律得：(m ＋2m )v 0－4mv C ＝0解得C 与A 碰撞前的速度大小v C ＝34v 0 (2)A 、C 碰后连成一体，设速度为v 共．根据动量守恒定律得mv 0－4mv C ＝(m ＋4m )v 共解得v 共＝－25v 0 根据能量守恒定律得：Q ＝12(m ＋4m )v 共2＋12×2mv 02－0解得Q ＝75mv 02.。

第一章 碰撞与动量碰撞与动量守恒⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧碰撞⎩⎪⎨⎪⎧弹性碰撞：一维弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞动量⎩⎪⎨⎪⎧定义：质量与速度的乘积公式：p ＝mv方向：与速度方向一致动量守恒定律⎩⎪⎨⎪⎧内容：系统不受外力或所受外力之和为零时，这个系统的总动量就保持不变条件：不受外力或所受合外力为零公式：m 1v 1＋m 2v 2＝m 1v 1′＋m 2v 2′应用：反冲运动与火箭1.人船模型此类问题关键在于确定物体位移或速度间的关系，并结合动量守恒求解。

2．完全非弹性碰撞模型此类问题特点是最后物体“合”为一体，具有共同的末速度。

利用动量守恒结合功能关系求解。

3．爆炸模型此类问题动量守恒，其他形式的能转化为物体的动能，满足能量守恒。

4．“子弹打木块”模型(1)在此类问题中，由于木块处于光滑水平面上，子弹打击木块的过程中动量守恒。

(2)由于存在阻力做功，则系统的机械能减小，且减小量为阻力乘以相对位移(子弹打入木块的深度)，所以系统产生的内能，即热量Q ＝fs 相＝ΔE 机。

[例1] 如图1­1所示，在光滑的水平面上有一辆平板车，上面站着一个人，车以速度v0前进。

已知车的质量为m1，人的质量为m2，某时刻人突然向前跳离车，设人跳离车时，相对于车的速度为v，求人跳离后车的速度。

图1­1[解析] 由受力特点可知人与车组成的系统动量守恒。

由相对速度v可建立人、车末速度的关系。

选取人和车组成的系统为研究对象。

人跳出车的过程中，系统的动量守恒。

取车前进方向为正方向，假设人跳出之后车的速度为v1，人的速度为v2。

对系统由动量守恒定律(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2又v2－v1＝v，所以v1＝v0－m2vm1＋m2。

[答案] v0－m2vm1＋m21.多体问题对于两个以上的物体组成的物体系，由于物体较多，相互作用的情况也不尽相同，作用过程较为复杂，虽然仍可对初、末状态建立动量守恒的关系式，但因未知条件过多而无法求解，这时往往要根据作用过程中的不同阶段，建立多个动量守恒的方程，或将系统内的物体按相互作用的关系分成几个小系统，分别建立动量守恒的方程。

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＝12mgh 因为E k ′<E k ，所以碰撞前后总动能减少．[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2A ．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＋12m 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3A ．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)碰后粘在一起或碰后具有共同速度时，其动能损失最多，故选D.方法二：B 与弹簧作用后，A 加速，B 减速，当A 、B 速度相等时，弹簧最短、弹性势能最大，系统动能损失最多，故D正确．两物体通过弹簧的相互作用可以看成广义上的碰撞，当弹簧最短(两物体速度相等)时相当于完全非弹性碰撞；当弹簧完全恢复原状，两物体分离时相当于弹性碰撞．1．(多选)关于碰撞的特点，下列说法正确的是( )A．碰撞的过程时间极短B．碰撞时，质量大的物体对质量小的物体作用力大C．碰撞时，质量大的物体对质量小的物体作用力和质量小的物体对质量大的物体的作用力相等D．碰撞时，质量小的物体对质量大的物体作用力大答案AC解析两物体发生碰撞，其碰撞时间极短，碰撞时，质量大的物体对质量小的物体作用力和质量小的物体对质量大的物体的作用力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，故A、C 正确，B、D错误，故选A、C.2．(多选)两个物体发生碰撞，则( )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答案BD解析若两物体发生弹性碰撞，系统的总动能不变；若两物体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.3．(多选)如图4所示，两个小球A、B发生碰撞，在满足下列条件时能够发生正碰的是( )图4A．小球A静止，另一个小球B经过A球时刚好能擦到A球的边缘B．小球A静止，另一个小球B沿着A、B两球球心连线去碰A球C．相碰时，相互作用力的方向沿着球心连线时D．相碰时，相互作用力的方向与两球相碰之前的速度方向都在同一条直线上答案 BD解析 根据牛顿运动定律，如果力的方向与速度方向在同一条直线上，这个力只改变速度的大小，不能改变速度的方向；如果力的方向与速度的方向不在同一直线上，则速度的方向一定发生变化，所以B 、D 项正确；A 项不能发生一维碰撞；在任何情况下相碰两球的作用力方向都沿着球心连线，因此满足C 项条件不一定能发生一维碰撞．故正确答案为B 、D.4．(多选)如图5甲所示，在光滑水平面上的两个小球发生正碰，小球的质量分别为m 1和m 2，图乙为它们碰撞前后的s －t 图象．已知m 1＝0.1 kg ，m 2＝0.3 kg ，由此可以判断，下列说法正确的是( )图5A ．碰前m 2静止，m 1向右运动B ．碰后m 2和m 1都向右运动C ．此碰撞为弹性碰撞D ．此碰撞为非弹性碰撞答案 AC解析 由题图乙可以看出，碰前m 1位移随时间均匀增加，m 2位移不变，可知m 2静止，m 1向右运动，故A 是正确的；碰后一个位移增大，一个位移减小，说明运动方向不一致，即B 错误；由乙图可以计算出碰前m 1的速度v 1＝4 m/s ，碰后速度v 1′＝－2 m/s ，碰前m 2的速度v 2＝0，碰后速度v 2′＝2 m/s ，m 2＝0.3 kg ，碰撞过程中系统损失的机械能ΔE k ＝12m 1v 12－12m 1v 1′2－12m 2v 2′2＝0，因此C 是正确的，D 是错误的．5．质量为1 kg 的A 球以3 m/s 的速度与质量为2 kg 静止的B 球发生碰撞，碰后两球均以1 m/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．答案 完全非弹性碰撞 3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 v 2－12(m A ＋m B )v 12＝(12×1×32－12×3×12) J ＝3 J.。

实验：研究碰撞中的动量守恒【学习目标】1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路；2．掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法；3．掌握实验数据处理的方法；4．掌握案例的原理、方法．【要点梳理】要点诠释：要点一、实验内容1．实验目的该实验的目的是追寻碰撞过程中的不变量，由于质量不是描述运动状态的量，因此我们需要在包括物体质量和速度在内的整体关系中探究哪些是不变的，所以实验中一方面需要控制碰撞必须是一维碰撞，另一方面还要测量物体的质量和速度，并通过计算探究不变量存在的可能性．2．实验探究的基本思路（1）一维碰撞．两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞．（2）追求不变量．在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为，碰撞前的速度分别为，碰撞后的速度分别为，如果速度与我们规定的正方向一致取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立：①；②；③ ；④ ．3．实验探究的案例方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞，如图所示．（1）质量的测量：用天平测量．（2）速度的测量：，式中为滑块（挡光片）的宽度，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．方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞，如图所示．（1）质量的测量：用天平测量．（2）速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．（3）不同碰撞情景的实现：用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失．方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，如图所示．（1）质量的测量：用天平测量．（2）速度的测量：，是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．为小车经过所用的时间，可由打点间隔算出．4．实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：（1）用天平测相关质量．（2）安装实验装置．（3）使物体发生碰撞．（4）测量或读出相关物理量，计算有关速度．（5）改变碰撞条件，重复步骤（3）、（4）．（6）进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量．（7）整理器材，结束实验．5．实验数据分析将实验中测得的数据填入下表中，然后探究不变量．碰撞前碰撞后质量速度mv2………结论：通过以上实验，找到的碰撞前后的“不变量”可能是________．6．注意事项（1）保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动．（2）若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平．（3）若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．（4）碰撞有很多情形．我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求．7．误差分析（1）碰撞是否为一维碰撞是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞．（2）碰撞中是否受其他力（例如摩擦力）影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度．要点二、实验总结1．探究一维碰撞中的不变量的设计思路2．实验探究中要注意的两个问题（1）保证两个物体做一维碰撞：可用斜槽、气垫导轨等控制物体的运动．（2）速度的测量要比较方便、精确：可利用光电门、打点计时器（配纸带）、闪光照片等手段，也可利用匀速运动、平抛运动等间接测量．【典型例题】类型一、纸带研究碰撞问题例1．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：在小车的前端粘有橡皮泥，推动小车使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动．他设计的具体装置如图甲所示．在小车后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz ，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．（1）若已得到打点纸带如图乙所示，并将测得的各计数点间距标在图上，为运动起始的第一点．则应选________段计算碰前的速度，应选________段计算和碰后的共同速度．（填“”或“”“”或“”） （1）与物体运动有关的物理量可能有哪些；（2）碰撞前后哪些物理量可能不变；（3）如何研究碰撞的各种不同形式．实验思路 （1）怎样保证碰撞是一维的？ （2）如何测量质量？ （3）如何测量速度？（4）数据如何处理？需要考虑的问题 探究一维碰撞 中的不变量（2）已测得小车的质量，小车的质量，由以上测量结果可得：碰前，碰后．（3）通过以上实验及计算结果，你能得出什么结论？【思路点拨】解此类问题关键是求小车的速度，而小车碰撞前后的速度求解方法是利用纸带上匀速运动过程求解，为了减小测量的相对误差，应多测几个间距来求速度．【答案】（1） （2）【解析】（1）小车碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选段；段上所打的点由稀变密，可见在段两小车相互碰撞．碰撞后一起做匀速直线运动，所打出的点又是间距均匀的，故应选段计算碰后速度．（2）， 0.0695''m / s 0.695m / s 0.1A B DE v v v t =====∆． 碰前 0.41.05 kg m/s 0.42 kg m/s A A B B m v m v +=⨯⋅=⋅，碰后()0.60.695 kg m/s 0.417 kg m/s A A B B A B m v m v m m v +=+=⨯⋅=⋅＇＇．举一反三:【变式】用半径相同的两个小球的碰撞探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接．实验时先不放球，使球从斜槽上某一固定点由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹．再把球静置于水平槽的前端边缘处，让球仍从处由静止滚下，球和球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹．记录纸上的点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到点的距离：，，，并已知两球的质量比为，则未放球时球落点是记录纸上的________ 点，系统碰撞前总动量与碰撞后总动量的百分误差________．（结果保留一位有效数字）【答案】【解析】未放球时球的落点是．用小球的质量和水平位移的乘积代替动量，则有|()||'|A A B A m OP m OM m ON p p p m OP⋅-⋅+⋅-=⋅|8.62( 2.6811.50)|2%8.62A AB A m m m m ⨯-⨯+⨯=≈⨯．类型二、气垫导轨研究物体速度例2．为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相机每隔的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示，已知之间的质量关系是，拍摄共进行了次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后．原来处于静止状态，设滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在至这段范围内运动（以滑块上的箭头位置为准），试根据闪光照片求出：（1）两滑块碰撞前后的速度各为多少？（2）根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后各自的质量与自己的速度的乘积和是不是不变量？【答案】见解析【解析】由图分析可知，（1）碰撞后：从发生碰撞到第二次拍摄照片，运动的时间是，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为，则碰撞前物体的速度为，由题意得．（2）碰撞前：，碰撞后： 0.750.15 1.5A A B B A A A m v m v m m m +=+=＇＇，所以，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量．【总结升华】准确把握题目中信息“原来处于静止状态”是正确分析照片信息的前提，图示滑块位置只是对应运动中不同时刻的几个状态，碰撞不一定发生在闪光时刻，在不计碰撞时间的情况下，相邻两位置对应的时间仍为闪光间隔，但碰撞前后物体速度不同，所以在这内不可以用总位移与总时间的比值求速度．举一反三:【变式】气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为．气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度和．若题中各物理量的单位均为国际单位，郡么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块的总动量大小为________；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验正．【答案】【解析】因为打点计时器所用电源的频率均为，所以打点周期为，所以碰撞前两清块的动量分别为：，．因为运动方向相反，所以碰前两物块总动量为，碰后两滑块的总动量．【总结升华】本题是验证性实验，与探究性实验是有区别的．类型三、利用平抛运动探究碰撞中的不变量例3．某同学用图1-1-6甲所示装置通过半径相同的两球的碰撞来寻找不变量，图中是斜槽，为水平槽．实验时先使球从斜槽上某一固定位置由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作次，得到个落点痕迹；再把球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球仍从位置由静止开始滚下，和球碰撞后，球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作次．图中是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，为未放被碰小球时球的平均落点，为与球碰后球的平均落点，为被碰球的平均落点．若球落点痕迹如图1-1-6乙所示，其中米尺水平放置，且平行于，米尺的零点与点对齐．（1）碰撞后球的水平射程应为．（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：________（填选项号）．A．水平槽上未放球时，测量球落点位置到点的距离B．球与球碰撞后，测量球落点位置到点的距离C．测量球或球的直径D．测量球和球的质量E．测量点相对于水平槽面的高度【思路点拨】该题中利用平抛运动的规律，巧妙地提供了一种测量碰撞前后速度的方法，首先由所给信息，均做平抛运动的小球，必须要测出小球的速度。

2019-2020学年高中物理第1章碰撞与动量守恒 1 碰撞教师用书教科版选修3-5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．[再判断]1．发生碰撞的两个物体的运动方向一定都发生变化．(×)2．两个物体之间发生碰撞后，它们的运动方向可能相同．(√)3．两个带正电的小球在碰撞时并不接触，所以不能算是碰撞．(×)[后思考]如图1­1­1所示，质量为m，速度为v的小球与挡板发生碰撞，碰后以大小不变的速度反向弹回．图1­1­1(1)小球的运动状态是否发生了改变？(2)小球的动能是否发生了变化？【提示】(1)由于小球的运动方向发生了改变，故小球的运动状态发生了改变．(2)由于小球的速度大小没有变化，故小球的动能没有变化．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．3．位移特点：在碰撞过程中，由于在极短的时间内物体的速度发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置．1．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E．相互作用过程中物体的位移可忽略【解析】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，与物体作用前后的速度大小无关，物体的位移可忽略，故A、D、E正确．【答案】ADE2．钢球A以一定的速度沿光滑水平面向静止于前面的另一相同大小的钢球B运动，下列对两球相互作用过程说法正确的是( )【导学号：11010000】A．两球相互作用的过程始终没有动能的损失B．钢球A减速运动时，系统动能不变C．两球速度相等的瞬间，系统动能最小D．两球速度相等的瞬间，系统势能最大E．碰撞过程B的速度一直增大【解析】两球相互作用过程中由于存在相互作用的弹力，两球均发生形变，有弹性势能，系统动能有损失，两球速度相等瞬间，系统动能损失最大，弹性势能最大．【答案】CDE处理碰撞问题的几点提醒(1)作用时间很短．(2)运动状态变化显著．(3)位移变化非常小．1．实验装置：气垫导轨、数字计时器(图1­1­4)．导轨上附有滑块和光电门，如图1­1­2所示．滑块上装有挡光条和弹簧片，如图1­1­3所示．图1­1­3图1­1­42．探究过程(1)先用天平测出带弹簧片的滑块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发生正碰，测定碰撞前、后两滑块的速度大小，并算出两滑块碰撞前、后的动能E k1、E k2和E′k1、E′k2，比较E k1＋E k2和E′k1＋E′k2的大小．(2)换用不带弹簧片的两滑块重复(1)．(3)将滑块上的弹簧片换成橡皮泥，使有橡皮泥的两端正对，重复实验(1)．3．实验结论对于不同的碰撞情况，动能的变化情况不同，在第一种情况下，两滑块碰撞前、后的动能之和大致不变，在第二、三种情况下，碰后两滑块的动能之和变小了，而第三种情况动能损失的更多．3．在利用气垫导轨探究碰撞中的动能变化时，下列哪些因素可导致实验误差( ) A．导轨安放不水平B．小车上挡光片倾斜C．两小车质量不相等D．两小车碰后连在一起E．向气垫导轨送气的气源压力不足【解析】导轨安放不水平，小车速度将受重力的影响，从而导致实验误差；挡光片倾斜会导致挡光片宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，使计算速度出现误差；气源压力不足时，小车与导轨的摩擦力对实验的影响而导致实验误差．故本题应选A、B、E.【答案】ABE4．某同学利用气垫导轨做“探究碰撞前、后物体动能变化”的实验，气垫导轨装置如图1­1­5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1­1­5(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，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后与左侧有固定弹簧的滑块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后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间：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)质量为m 2＝200 g ；(2)数据处理与实验结论：①实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碰撞前两滑块的总动能E k1＝________J ，碰撞后两滑块的总动能E k2＝________J ，E k1________E k2(选填“＞”“＝”或“＜”)．【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正碰．②滑块1碰撞前的速度v 1＝d Δt 1＝5×10－310.01×10－3 m/s≈0.50 m/s ；滑块1碰撞后的速度v 2＝d Δt 2＝5×10－349.99×10－3 m/s≈0.10 m/s；滑块2碰撞后的速度v 3＝d Δt 3＝5×10－38.35×10m/s≈0．60 m/s ；③碰撞前的总动能E k1＝12m 1v 21＝0.037 5 J碰撞后的总动能E k2＝12m 1v 22＋12m 2v 23＝0.037 5 J所以碰撞前后总动能相等．【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正碰． ②0.50 0.10 0.60 ③0.037 5 0.037 5 ＝利用气垫导轨探究碰撞时，一定要保证碰撞的两物体“水平”和“正碰”.[先填空] 1．弹性碰撞碰撞前后的系统总动能不变，这种碰撞称为弹性碰撞． 2．非弹性碰撞碰撞后的系统总动能减小了，有一部分动能转化为其他形式的能量，这种碰撞称为非弹性碰撞．3．完全非弹性碰撞在非弹性碰撞中，如果两物体碰后粘在一起，以相同的速度运动，这种碰撞称为完全非弹性碰撞．4．正碰和斜碰(1)正碰：碰撞前后物体的运动方向在同一条直线上． (2)斜碰：碰撞前后物体的运动方向不在同一直线上． [再判断]1．弹性碰撞过程中，物体的总机械能守恒．(√) 2．两辆汽车迎面相撞属于弹性碰撞．(×)3．正、负离子碰撞后共同组成分子的现象属于完全非弹性碰撞．(√) [后思考]你能说出弹性碰撞与非弹性碰撞的本质区别吗？现实生活中，哪些碰撞可近似看作弹性碰撞？(请举例说明)【提示】 两种碰撞的本质区别是碰撞前后系统动能是否守恒．现实生活中的碰撞，多数是非弹性碰撞．乒乓球拍击打乒乓球、网球拍击打网球、台球间的碰撞可近似看作弹性碰撞．弹性碰撞与非弹性碰撞的区别5．如图1­1­6所示，两小球在同一轨道槽内发生了碰撞，两小球都是弹性小球，则它们的碰撞属于( )【导学号：11010001】图1­1­6A．正碰B．斜碰C．弹性碰撞D．非弹性碰撞E．碰撞前后动能保持不变【解析】两小球在同一槽内，两球运动的方向在两球的连心线上，是正碰，则选项A 正确；两小球都是弹性小球，属于弹性碰撞，故选项C、E正确．【答案】ACE6．下面对于碰撞的理解，正确的是( )A．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显著变化的过程B．在碰撞现象中，一般来说物体所受的外力作用可以忽略C．正、负离子碰撞后共同组成分子的现象属于完全非弹性碰撞D．根据碰撞过程中动能是否守恒，碰撞可分为正碰和斜碰E．正碰是弹性碰撞，斜碰是非弹性碰撞【解析】碰撞的主要特点是：相互作用时间短，作用力峰值大，因而其他外力可以忽略不计，在极短时间内物体的运动状态发生明显变化，故A、B对；根据碰撞前后动能是否不变，碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞，其中动能不变的碰撞称为弹性碰撞，故C对、D、E错．【答案】ABC1．弹性碰撞是一种理想化碰撞，现实中的多数碰撞实际上都属于非弹性碰撞．2．当两物体碰撞后不再分开，此时系统动能损失最大，称为完全非弹性碰撞．。

教学资料参考范本【2019-2020】高中物理课时提升作业三第一章碰撞与动量守恒1撰写人：__________________部门：__________________时间：__________________(30分钟50分)一、选择题(本大题共5小题,每小题6分,共30分)1.(多选)关于动量守恒,下列说法中正确的有( )A.系统不受外力或者所受外力的合力为零,系统的总动量守恒B.一枚在空中飞行的导弹,在某点速度沿水平方向,突然炸裂成两块,则爆炸前后导弹动量近似守恒C.子弹水平飞行,击穿一块原来静止在光滑水平面上的木块,因为子弹穿透木块的过程中受到阻力作用,所以子弹和木块组成的系统总动量不守恒D.汽车拉着拖车在水平公路上匀速前进,若拖车突然和汽车脱钩,而汽车的牵引力不变,两车所受阻力与车重成正比,则在拖车停止运动之前,汽车和拖车组成的系统总动量不守恒【解析】选A、B。

系统不受外力或者所受外力的合力为零,则系统的总动量守恒,故A正确;系统受外力作用,但当系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒,如爆炸问题,故B正确;子弹水平飞行,击穿一块原来静止在光滑水平面上的木块,尽管子弹穿透木块的过程中受到阻力作用,但是子弹和木块组成的系统合力为零,因此总动量也是守恒的,故C错;汽车拉着拖车在水平公路上匀速前进,说明整个系统受到的合力为零,因为脱钩后,汽车的牵引力不变,两车所受的阻力不变,因此,在拖车停止运动前,整个系统受到的合力始终为零,故汽车和拖车组成的系统总动量是守恒的,故D错。

2.如图所示,光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动。

两球质量关系为mB=2mA,规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6kg·m/s,运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为-4kg·m/s。

则( )A.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5B.左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10C.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2∶5D.右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1∶10【解析】选A。