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高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞背景图ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 弹性碰撞与非弹性碰撞背景图ppt课件，共53页。PPT课件主要包含了学习目标，知识梳理，基础演练，三种碰撞的理解，三种碰撞的比较，碰撞可能性的判断，答案BC，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞.2.知道动量守恒定律、机械能守恒定律和能量守恒定律的适应条件并解决问题.
一、碰撞1.定义：碰撞是指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.
2.分类(1)弹性碰撞：若两球碰撞后，它们的形变能完全恢复，则没有机械能损失，碰撞前后两小球构成的系统机械能相等.(2)非弹性碰撞：若两球碰撞后，它们的形变不能完全恢复原状，这时将有一部分机械能转化为其他形式的能量，碰撞前后系统的机械能不再相等.(3)完全非弹性碰撞：若两球碰撞后，它们完全不反弹而粘在一起，这时机械能损失最大.
思考：两小球发生对心碰撞，碰撞过程中，两球的机械能守恒吗?提示： 两球发生对心碰撞，动量是守恒的，但机械能不一定守恒，只有发生弹性碰撞时，机械能才守恒.
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.
思考：如图所示，光滑水平面上并排静止着小球2、3、4，小球1以速度v0向右运动过来，已知四个小球完全相同，小球间发生弹性碰撞，则碰撞后各小球的运动情况如何?
提示： 小球1与小球2碰撞后交换速度，小球2与小球3碰撞后交换速度，小球3与小球4碰撞后交换速度，最终小球1、2、3静止，小球4以速度v0向右运动.
三、常见的守恒定律内容：物理学上常将物体及与之相互作用的因素视为一个系统.物质所处的系统若没有系统外的因素使系统的这些物理量发生改变，则系统内部的这些物理量总和保持不变，这些物理量只在此系统内部转移或转化.
1.动量守恒定律(1)内容：动量守恒定律反映了合外力为零的情况下，系统的总动量不会发生改变.有时候虽然系统合外力不为零，但在某个方向上系统合外力为零，则系统在该方向的动量仍然守恒.(2)适用范围：动量守恒定律在微观、宏观都是适用的，是自然界普适的基本定律.
2.机械能守恒定律(1)内容：当系统外力与系统内除重力和弹力外的其他内力做功的代数和为零时，则系统的总机械能保持不变，这就是机械能守恒定律.(2)与牛顿第二定律的比较：利用机械能守恒定律解决动力学问题往往比用牛顿第二定律更为方便，我们只需要掌握物体初、末的运动状态，而不必考虑物体运动的过程.
3.能量守恒定律(1)内容：在系统机械能增加或减少的同时，必然有其他形式的能量减少或增加，而且系统机械能的变化量和其他形式能量的变化量是相同的，这就是能量守恒定律.(2)适用范围：能量守恒定律在更大的范围内仍然适用，它是自然界具有普遍意义的定律之一.
思考：三个定律是不是在任何情况下都适用?提示： 不是，动量守恒定律和机械能守恒定律的应用是有条件的，而能量守恒定律的应用是无条件的.
1.正误判断.(1)发生碰撞的两个物体，总的机械能有可能增加.( )(2)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.( )(3)两球发生弹性正碰时，两者碰后交换速度.( )(4)物理量的守恒性质保证了系统的相对稳定性.( )(5)适用机械能守恒定律的，也一定适用能量守恒定律.( )
2.现有质量分别为3m和m的甲、乙两滑块，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
3.质量分别是m1=1 kg、m2=2 kg的甲、乙两铁球，在光滑水平面上沿同一直线运动，速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s.甲追上乙发生正碰后两物体的速度有可能是( )A.v1'=7 m/s，v2'=1.5 m/sB.v1'=2 m/s，v2'=4 m/sC.v1'=3.5 m/s，v2'=3 m/sD.v1'=4 m/s，v2'=3 m/s
解析：选项A和B均满足动量守恒条件，但选项A碰后总动能大于碰前总动能，选项A错误，B正确；选项C不满足动量守恒条件，C错误；选项D满足动量守恒条件，且碰后总动能小于碰前总动能，但碰后甲球速度大于乙球速度，不合理，选项D错误.答案：B
思考：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?
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，总动能守恒，才会交换速度，否则不会交换速度.
1.碰撞的三个特点(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：碰撞过程中，由于物体的速度在极短的时间内发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置.
思考：甲、乙两铁球质量分别是m1=1 kg、m2=2 kg，在光滑平面上沿同一直线运动，速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s.甲追上乙发生正碰后两物体的速度有没有可能是v1'=-4 m/s、v2'=7 m/s或v1′=4 m/s、v2'=3 m/s?
提示：不可能.两种情况都满足动量守恒，但第一种情况总的动能增加了，而碰撞不是爆炸，动能不可能增加；第二种情况撞完后，甲球的速度大于被撞的乙球的速度，这也不可能.
例2.(多选)如图所示，在光滑的水平面上，有A、B两个小球，A球动量为10 kg·m/s，B球动量为12 kg·m/s，A球追上B球并相碰，碰撞后，A球动量变为8 kg·m/s，方向没变，则A、B两球质量的比值可能为( )A.0.5
三、三个守恒的综合应用
提示：(1)滑块下滑过程中，滑块和小车组成的系统在水平方向上动量守恒，没有机械能与其他形式能的转化，两者组成的系统机械能守恒；(2)滑块压缩弹簧的过程中，系统受的外力为零，因此系统的动量守恒，只发生动能、弹性势能的相互转化，三者组成的系统机械能守恒.
技能点拨：守恒定律求解问题
(1)求子弹射入木块前的速度；(2)若每当小木块返回到O点或停止在O点时，立即有一颗相同的子弹射入小木块，并留在其中，则当第9颗子弹射入小木块后，小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为多少?
思考：如图所示，A、B两个木块用轻弹簧相连接，静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是99m和100m，一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出，则在以后的过程中弹簧弹性势能的最大值是多大?
四、含有弹簧的碰撞守恒
1.弹簧类问题的特点(1)对于弹簧类问题，在作用过程中，若系统合外力为零，则满足动量守恒.(2)整个过程往往涉及多种形式的能的转化，如弹性势能、动能、内能、重力势能的转化，一般来说如果有摩擦生热就应用能量守恒定律解决，如果没有摩擦生热就应用机械能守恒定律解决.
2.弹簧类问题的注意事项光滑水平面上的两物块通过弹簧作用，弹簧伸长到最长或压缩到最短时，两物体的速度一定相等，弹簧具有最大的弹性势能；当弹簧恢复原长时，两物体的速度相差最大，弹簧对两物体的作用力为零.
例4.两物块A、B用轻弹簧相连，质量均为2 kg，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动，质量为4 kg的物块C静止在前方，如图所示.B与C碰撞后二者会粘在一起运动.则在以后的运动中：(1)当弹簧的弹性势能最大时，物块A的速度为多大?(2)系统中弹性势能的最大值是多少?
思考：如图所示，在光滑的水平面上有一质量为m0的长木板，以速度v0向右做匀速直线运动，将质量为m的小铁块轻轻放在木板上的A点，这时小铁块相对地面速度为零，小铁块相对木板向左滑动.由于小铁块和木板间有摩擦，最后它们之间相对静止，已知它们之间的动摩擦因数为μ，请思考：小铁块跟木板相对静止时，它们的共同速度多大?此时小铁块与A点距离多远?这个过程中有多少机械能转化为内能?
五、板—块模型中的碰撞守恒
技能点拨：板—块模型解题思路(1)地面光滑时，对系统应用动量守恒定律.(2)在涉及滑块或平板的时间时，优先考虑用动量定理.(3)在涉及滑块或平板的位移时，优先考虑用动能定理.(4)在涉及滑块的相对位移时，优先考虑用系统的能量守恒.(5)滑块恰好不滑动时，滑块与平板达到共同速度.
例5.如图所示，B是放在光滑水平面上质量为3m的一块木板，物块A(可看成质点)质量为m，与木板间的动摩擦因数为μ.最初木板B静止，物块A以水平初速度v0滑上长木板，木板足够长，重力加速度为g.(1)求木板B的最大速度的大小；(2)求在从物块A刚滑上木板到A、B速度刚好相等的过程中，木块A所发生的位移大小；(3)若物块A恰好没滑离木板B，则木板至少多长?
1.为了模拟宇宙大爆炸的情况，科学家们使两个带正电的重离子被加速后，沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞.若要使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，应设法使离子在碰撞前的瞬间具有( )A.大小相同的动量 B.相同的质量C.相同的动能 D.相同的速率
2.(多选)在光滑水平面上，质量为m、速度大小为v的A球跟质量为3m静止的B球发生正碰，则碰撞后B球的速度大小可能是( )
3.(多选)如图所示，图甲表示光滑平台上物体A以初速度v0滑到上表面粗糙的水平小车上，车与水平面间的摩擦不计；图乙为物体A与小车B的v-t图像，由此可知( )A.小车上表面长度B.物体A与小车B的质量之比C.物体A与小车B上表面间的动摩擦因数D.小车B获得的动能
4.如图所示，在水平地面上放置一质量为M的木块，一质量为m的子弹以水平速度v射入木块(未穿出)，若木块与地面间的动摩擦因数为μ，求：(1)子弹射入后，木块在地面上前进的距离；(2)子弹射入的过程中，系统损失的机械能；(3)子弹在木块中打入的深度.
5.如图所示，A、B、C三个小物块放置在光滑水平面上，A紧靠竖直墙壁，A、B之间用水平轻弹簧连接且轻弹簧处于原长，它们的质量分别为mA=m、mB=2m、mC=m.现给C一水平向左的速度v0，C与B发生碰撞并粘连在一起.求：(1)A离开墙壁前，弹簧的最大弹性势能；(2)A离开墙壁后，C的最小速度的大小.
1.通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞.2.知道动量守恒定律、机械能守恒定律和能量守恒定律的适应条件并解决问题.
一、碰撞1.定义：碰撞是指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.
2.分类(1)弹性碰撞：若两球碰撞后，它们的形变能完全恢复，则没有机械能损失，碰撞前后两小球构成的系统机械能相等.(2)非弹性碰撞：若两球碰撞后，它们的形变不能完全恢复原状，这时将有一部分机械能转化为其他形式的能量，碰撞前后系统的机械能不再相等.(3)完全非弹性碰撞：若两球碰撞后，它们完全不反弹而粘在一起，这时机械能损失最大.
思考：两小球发生对心碰撞，碰撞过程中，两球的机械能守恒吗?提示： 两球发生对心碰撞，动量是守恒的，但机械能不一定守恒，只有发生弹性碰撞时，机械能才守恒.
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.
思考：如图所示，光滑水平面上并排静止着小球2、3、4，小球1以速度v0向右运动过来，已知四个小球完全相同，小球间发生弹性碰撞，则碰撞后各小球的运动情况如何?
提示： 小球1与小球2碰撞后交换速度，小球2与小球3碰撞后交换速度，小球3与小球4碰撞后交换速度，最终小球1、2、3静止，小球4以速度v0向右运动.
三、常见的守恒定律内容：物理学上常将物体及与之相互作用的因素视为一个系统.物质所处的系统若没有系统外的因素使系统的这些物理量发生改变，则系统内部的这些物理量总和保持不变，这些物理量只在此系统内部转移或转化.
1.动量守恒定律(1)内容：动量守恒定律反映了合外力为零的情况下，系统的总动量不会发生改变.有时候虽然系统合外力不为零，但在某个方向上系统合外力为零，则系统在该方向的动量仍然守恒.(2)适用范围：动量守恒定律在微观、宏观都是适用的，是自然界普适的基本定律.
2.机械能守恒定律(1)内容：当系统外力与系统内除重力和弹力外的其他内力做功的代数和为零时，则系统的总机械能保持不变，这就是机械能守恒定律.(2)与牛顿第二定律的比较：利用机械能守恒定律解决动力学问题往往比用牛顿第二定律更为方便，我们只需要掌握物体初、末的运动状态，而不必考虑物体运动的过程.
3.能量守恒定律(1)内容：在系统机械能增加或减少的同时，必然有其他形式的能量减少或增加，而且系统机械能的变化量和其他形式能量的变化量是相同的，这就是能量守恒定律.(2)适用范围：能量守恒定律在更大的范围内仍然适用，它是自然界具有普遍意义的定律之一.
思考：三个定律是不是在任何情况下都适用?提示： 不是，动量守恒定律和机械能守恒定律的应用是有条件的，而能量守恒定律的应用是无条件的.
1.正误判断.(1)发生碰撞的两个物体，总的机械能有可能增加.( )(2)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.( )(3)两球发生弹性正碰时，两者碰后交换速度.( )(4)物理量的守恒性质保证了系统的相对稳定性.( )(5)适用机械能守恒定律的，也一定适用能量守恒定律.( )
2.现有质量分别为3m和m的甲、乙两滑块，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
3.质量分别是m1=1 kg、m2=2 kg的甲、乙两铁球，在光滑水平面上沿同一直线运动，速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s.甲追上乙发生正碰后两物体的速度有可能是( )A.v1'=7 m/s，v2'=1.5 m/sB.v1'=2 m/s，v2'=4 m/sC.v1'=3.5 m/s，v2'=3 m/sD.v1'=4 m/s，v2'=3 m/s
解析：选项A和B均满足动量守恒条件，但选项A碰后总动能大于碰前总动能，选项A错误，B正确；选项C不满足动量守恒条件，C错误；选项D满足动量守恒条件，且碰后总动能小于碰前总动能，但碰后甲球速度大于乙球速度，不合理，选项D错误.答案：B
思考：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?
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，总动能守恒，才会交换速度，否则不会交换速度.
1.碰撞的三个特点(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：碰撞过程中，由于物体的速度在极短的时间内发生突变，物体发生的位移极小，可认为碰撞前后物体处于同一位置.
思考：甲、乙两铁球质量分别是m1=1 kg、m2=2 kg，在光滑平面上沿同一直线运动，速度分别是v1=6 m/s、v2=2 m/s.甲追上乙发生正碰后两物体的速度有没有可能是v1'=-4 m/s、v2'=7 m/s或v1′=4 m/s、v2'=3 m/s?
提示：不可能.两种情况都满足动量守恒，但第一种情况总的动能增加了，而碰撞不是爆炸，动能不可能增加；第二种情况撞完后，甲球的速度大于被撞的乙球的速度，这也不可能.
例2.(多选)如图所示，在光滑的水平面上，有A、B两个小球，A球动量为10 kg·m/s，B球动量为12 kg·m/s，A球追上B球并相碰，碰撞后，A球动量变为8 kg·m/s，方向没变，则A、B两球质量的比值可能为( )A.0.5
三、三个守恒的综合应用
提示：(1)滑块下滑过程中，滑块和小车组成的系统在水平方向上动量守恒，没有机械能与其他形式能的转化，两者组成的系统机械能守恒；(2)滑块压缩弹簧的过程中，系统受的外力为零，因此系统的动量守恒，只发生动能、弹性势能的相互转化，三者组成的系统机械能守恒.
技能点拨：守恒定律求解问题
(1)求子弹射入木块前的速度；(2)若每当小木块返回到O点或停止在O点时，立即有一颗相同的子弹射入小木块，并留在其中，则当第9颗子弹射入小木块后，小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为多少?
思考：如图所示，A、B两个木块用轻弹簧相连接，静止在光滑水平面上，A和B的质量分别是99m和100m，一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出，则在以后的过程中弹簧弹性势能的最大值是多大?
四、含有弹簧的碰撞守恒
1.弹簧类问题的特点(1)对于弹簧类问题，在作用过程中，若系统合外力为零，则满足动量守恒.(2)整个过程往往涉及多种形式的能的转化，如弹性势能、动能、内能、重力势能的转化，一般来说如果有摩擦生热就应用能量守恒定律解决，如果没有摩擦生热就应用机械能守恒定律解决.
2.弹簧类问题的注意事项光滑水平面上的两物块通过弹簧作用，弹簧伸长到最长或压缩到最短时，两物体的速度一定相等，弹簧具有最大的弹性势能；当弹簧恢复原长时，两物体的速度相差最大，弹簧对两物体的作用力为零.
例4.两物块A、B用轻弹簧相连，质量均为2 kg，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动，质量为4 kg的物块C静止在前方，如图所示.B与C碰撞后二者会粘在一起运动.则在以后的运动中：(1)当弹簧的弹性势能最大时，物块A的速度为多大?(2)系统中弹性势能的最大值是多少?
思考：如图所示，在光滑的水平面上有一质量为m0的长木板，以速度v0向右做匀速直线运动，将质量为m的小铁块轻轻放在木板上的A点，这时小铁块相对地面速度为零，小铁块相对木板向左滑动.由于小铁块和木板间有摩擦，最后它们之间相对静止，已知它们之间的动摩擦因数为μ，请思考：小铁块跟木板相对静止时，它们的共同速度多大?此时小铁块与A点距离多远?这个过程中有多少机械能转化为内能?
五、板—块模型中的碰撞守恒
技能点拨：板—块模型解题思路(1)地面光滑时，对系统应用动量守恒定律.(2)在涉及滑块或平板的时间时，优先考虑用动量定理.(3)在涉及滑块或平板的位移时，优先考虑用动能定理.(4)在涉及滑块的相对位移时，优先考虑用系统的能量守恒.(5)滑块恰好不滑动时，滑块与平板达到共同速度.
例5.如图所示，B是放在光滑水平面上质量为3m的一块木板，物块A(可看成质点)质量为m，与木板间的动摩擦因数为μ.最初木板B静止，物块A以水平初速度v0滑上长木板，木板足够长，重力加速度为g.(1)求木板B的最大速度的大小；(2)求在从物块A刚滑上木板到A、B速度刚好相等的过程中，木块A所发生的位移大小；(3)若物块A恰好没滑离木板B，则木板至少多长?
1.为了模拟宇宙大爆炸的情况，科学家们使两个带正电的重离子被加速后，沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞.若要使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，应设法使离子在碰撞前的瞬间具有( )A.大小相同的动量 B.相同的质量C.相同的动能 D.相同的速率
2.(多选)在光滑水平面上，质量为m、速度大小为v的A球跟质量为3m静止的B球发生正碰，则碰撞后B球的速度大小可能是( )
3.(多选)如图所示，图甲表示光滑平台上物体A以初速度v0滑到上表面粗糙的水平小车上，车与水平面间的摩擦不计；图乙为物体A与小车B的v-t图像，由此可知( )A.小车上表面长度B.物体A与小车B的质量之比C.物体A与小车B上表面间的动摩擦因数D.小车B获得的动能
4.如图所示，在水平地面上放置一质量为M的木块，一质量为m的子弹以水平速度v射入木块(未穿出)，若木块与地面间的动摩擦因数为μ，求：(1)子弹射入后，木块在地面上前进的距离；(2)子弹射入的过程中，系统损失的机械能；(3)子弹在木块中打入的深度.
5.如图所示，A、B、C三个小物块放置在光滑水平面上，A紧靠竖直墙壁，A、B之间用水平轻弹簧连接且轻弹簧处于原长，它们的质量分别为mA=m、mB=2m、mC=m.现给C一水平向左的速度v0，C与B发生碰撞并粘连在一起.求：(1)A离开墙壁前，弹簧的最大弹性势能；(2)A离开墙壁后，C的最小速度的大小.
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