1、 16.4 16.4 碰碰 撞撞学学习习目目标标1.1.能正确区分弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非能正确区分弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞弹性碰撞2.2.会应用动量、能量的知识综合分析解决一维会应用动量、能量的知识综合分析解决一维碰撞的问题。碰撞的问题。3.3.能说出对心碰撞和非对心碰撞的区别。能说出对心碰撞和非对心碰撞的区别。4.4.结合散射和中子的发现过程，体会动量守恒结合散射和中子的发现过程，体会动量守恒定律的普适性。定律的普适性。5.5.能运用动量守恒定律和机械能守恒定律解决能运用动量守恒定律和机械能守恒定律解决一些与生活、生产相关的实际问题。一些与生活、生产相关的实际问题。重点难点
2、重点：动量和能量观点在碰撞中的综合应用。重点：动量和能量观点在碰撞中的综合应用。难点难点:一维碰撞问题的综合分析。一维碰撞问题的综合分析。情景导入：情景导入：车祸碰撞视频车祸碰撞视频1、定义：碰撞是两物体相碰，在极短、定义：碰撞是两物体相碰，在极短的时间内运动状态发生改变的过程。的时间内运动状态发生改变的过程。碰撞是自然界普遍的存在现象，大碰撞是自然界普遍的存在现象，大到宇宙中天体与天体之间的碰撞、小到到宇宙中天体与天体之间的碰撞、小到微观粒子的碰撞，日常生活中我们也能微观粒子的碰撞，日常生活中我们也能随处可见各种各样的碰撞。研究碰撞对随处可见各种各样的碰撞。研究碰撞对实际生产生活有很大的意义
3、，同学们能实际生产生活有很大的意义，同学们能否举例说说生活中你所见到的碰撞现象？否举例说说生活中你所见到的碰撞现象？思考思考：碰撞有哪些共同特征呢？碰撞有哪些共同特征呢？一、一、碰撞碰撞一、碰撞一、碰撞思考：思考：2.2.特点：特点：（2 2）作用力特点：在碰撞过程中，相互作用力即内）作用力特点：在碰撞过程中，相互作用力即内力先急剧增加，又急剧减小，力先急剧增加，又急剧减小，平均作用力很大平均作用力很大，即，即系统的内力系统的内力远大于远大于外力，外力，（3 3）位移特点：在碰撞过程中，由于在极短的时间位移特点：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，可认内物体
4、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可处于为碰撞前后物体可处于同一位置同一位置。（1 1）时间特点：在碰撞过程中，相互作用时间很短时间特点：在碰撞过程中，相互作用时间很短不同碰撞过程中机械不同碰撞过程中机械能一定守恒吗？能一定守恒吗？故碰撞过程中动量守恒。故碰撞过程中动量守恒。二、从能量角度对碰撞进行分类二、从能量角度对碰撞进行分类思考：碰撞过程中动量守思考：碰撞过程中动量守恒，机械能能守恒吗？恒，机械能能守恒吗？【方案方案1 1】实验测量，间接验证实验测量，间接验证21vv01h1v0 mv02/22h2v mv2/2【思考思考】如何探寻两球碰撞如何探寻两球碰撞前后有无机械
5、能损失？前后有无机械能损失？看两次摆角是否相同看两次摆角是否相同【方案方案2】：理论论证理论论证 如图16.4-1，两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体粘在一起，成为一个质量为2 m的物体，以速度v继续前进。问题：这个碰撞过程机械能守恒吗？问题：这个碰撞过程机械能守恒吗？碰撞过程中动量守恒、机械能不守恒。碰撞过程中动量守恒、机械能不守恒。由动量守恒定律：由动量守恒定律：mvmv20020vv 碰撞前系统总动能：碰撞前系统总动能：20021mvEk碰撞后系统总动能：碰撞后系统总动能：2020241)2(221221mvvmmvEk0kkEE 碰撞碰
6、撞过程中有机械能损失过程中有机械能损失【方案方案2】：理论论证理论论证1、弹性碰撞：碰撞时形变能够、弹性碰撞：碰撞时形变能够完全恢复，没完全恢复，没有能量损失，机械能守恒有能量损失，机械能守恒，这样的碰撞叫做弹，这样的碰撞叫做弹性碰撞。如钢球、玻璃球的碰撞等性碰撞。如钢球、玻璃球的碰撞等2、非弹性碰撞：碰撞时形变、非弹性碰撞：碰撞时形变不能完全不能完全恢复，恢复，碰撞过程中机械能不守恒机械能不守恒，有能量损失，这样这样的碰撞叫做非弹性碰撞。如橡皮泥之间的碰撞的碰撞叫做非弹性碰撞。如橡皮泥之间的碰撞等等3、碰撞后形变完全不能恢复，两物体粘在一起、碰撞后形变完全不能恢复，两物体粘在一起（或以共同速
7、度运动）的碰撞叫（或以共同速度运动）的碰撞叫完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞。这种碰撞机械能损失这种碰撞机械能损失最大最大。注意：碰撞过程中系统的动量一定守恒，注意：碰撞过程中系统的动量一定守恒，而总机械能只能减小而总机械能只能减小或不变或不变，不能增加。，不能增加。【想一想想一想】如图所示，如图所示，质量相同的质量相同的物体物体A A和和B B放在光滑的放在光滑的水平面上，水平面上，A A、B B之间用一根轻绳连接，开始之间用一根轻绳连接，开始时绳是松弛的，现突然给时绳是松弛的，现突然给A A以水平向右的初速以水平向右的初速度度v v0.0.（作用过程绳未断）（作用过程绳未断）探讨1：物体A和B
8、组成的系统动量是否守恒？机械能是否守恒？探讨2：上述物体A和B之间的作用过程可以视为哪一类碰撞？动量守恒，机械能不守恒完全非弹性碰撞AB【练一练练一练】在气垫导轨上，一个质量为600g的滑块以15cm/s的速度与另一个质量为400g、速度为10cm/s方向相反的滑块迎面相碰，碰后两个滑块并在一起，求碰撞后的滑块的速度大小和方向。解：以质量为600 g 的滑块的初速度v1的速度为正方向，根据动量守恒定律：m1 v1+m2 v2=(m1+m2)v 带入数值计算可得：v=5cm/s 即方向与质量为600 g 的滑块的初速度方向相同。近代物理学中，经常遇到的是微观粒子间的碰撞。微观粒子之间的力是保守力
9、，碰撞时没有能量损失，所以我们重点研究弹性碰撞。弹性碰撞的特例弹性碰撞的特例 假设物体假设物体m1以速度以速度v1与原来静止与原来静止的物体的物体m2碰撞，碰后它们的速度分别碰撞，碰后它们的速度分别为为 v1 和和v2 。我们的任务是得出用。我们的任务是得出用m1、m2 、v1表达表达 v1 和和v2 的公式。的公式。思考与讨论思考与讨论如何进行求如何进行求解呢解呢？三、对弹性碰撞的讨论三、对弹性碰撞的讨论【讨论讨论1】碰撞过程遵从什么物理规律？如何进行列式求解？碰撞过程遵从什么物理规律？如何进行列式求解？动量守恒定律和机械能守恒定律动量守恒定律和机械能守恒定律【数据计算数据计算】v1v1/m
10、1v2/m2m1m2221111vmvmvm222211211212121vmvmvm121211vmmmmv121122vmmmv【讨论讨论2】两个物体的质量大小对碰后的速度影响如何？两个物体的质量大小对碰后的速度影响如何？【归纳总结归纳总结】21mm 若01 v则12vv 21mm 若11vv 则122vv 21mm 若11vv则02 v质量相同，碰后交换速度质量相同，碰后交换速度大碰小：碰后速度要同向，速度小的在后面大碰小：碰后速度要同向，速度小的在后面小碰大：小反弹，大不动。小碰大：小反弹，大不动。121211vmmmmv121122vmmmv【思考思考】如果刚才的题目换成质量为如果刚
11、才的题目换成质量为m m1 1以速以速度度v1 1与原来质量为与原来质量为m m2 2速度为速度为v2 2 的物体的物体碰撞，碰后它们的速度碰撞，碰后它们的速度 v1 1和和v2 2 又将是又将是多少呢？多少呢？v1v1/m1v2/m2m1m2v2 在光滑水平面上，动能为Ek0、动量大小为p0的小钢球1与静止小钢球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标记为Ek1、p1，球2的动能和动量的大小分别标记为Ek2、p2，则必有（）A、Ek1 Ek0 B、p1 p0 C、Ek2 Ek0 D、p2 p0 ABD【练一练练一练】处理碰撞的三个原则：处理碰撞的三个原则：
12、碰撞动量守恒碰撞动量守恒碰后机械能不能增加（火药爆炸除外）碰后机械能不能增加（火药爆炸除外）碰后速度要合理碰后速度要合理王冰玉一壶三击丁俊晖精彩比赛瞬间四、从碰撞前后速度方向进行分类四、从碰撞前后速度方向进行分类 碰前运动速度与两球心连线处于碰前运动速度与两球心连线处于同一直同一直线上线上，碰后两球的速度碰后两球的速度仍沿这条直线仍沿这条直线四、对心碰撞和非对心碰撞四、对心碰撞和非对心碰撞 两小球发生对心碰撞两小球发生对心碰撞1 1、对心碰撞、对心碰撞正碰：正碰：2 2、非对心碰撞、非对心碰撞斜碰斜碰：碰前运动速度与两球心连线碰前运动速度与两球心连线不在同一直线不在同一直线上，碰后两球的速度上
13、，碰后两球的速度都会偏离原来都会偏离原来两球心两球心的连线的连线四、对心碰撞和非对心碰撞四、对心碰撞和非对心碰撞 两小球发生非对心碰撞两小球发生非对心碰撞 发生对心碰撞的两个物体，碰发生对心碰撞的两个物体，碰撞前后的速度都在同一条直线上，撞前后的速度都在同一条直线上，他们的动量也都沿这条直线，可以他们的动量也都沿这条直线，可以在这个方向上应用动量守恒定律。在这个方向上应用动量守恒定律。发生非对心碰撞的两个物体，发生非对心碰撞的两个物体，碰撞前后的速度不与原来的速度碰撞前后的速度不与原来的速度在同一条直线所以非对心碰撞是在同一条直线所以非对心碰撞是平面内的二维问题。平面内的二维问题。【思考思考】
14、斜碰过程满足动量守恒吗？为什斜碰过程满足动量守恒吗？为什么？如图，能否大致画出碰后么？如图，能否大致画出碰后A A球的速度球的速度方向？方向？Av1Bv/2BAm2v2/m1v1m1v1/【思考思考】若两球质量相等，又是弹性碰撞若两球质量相等，又是弹性碰撞你能进一步确定两球碰后速度方向关系吗？你能进一步确定两球碰后速度方向关系吗？22212121+21=21vmvmmv222121+=vvv21vv五、散射五、散射1、定义：在粒子物理和核物理中，常常使、定义：在粒子物理和核物理中，常常使一束粒子射人物体，粒子与物体中的微粒碰一束粒子射人物体，粒子与物体中的微粒碰撞。这些微观粒子撞。这些微观粒子
15、相互接近时并不发生直接相互接近时并不发生直接接触，这种微观粒子的碰撞叫做散射。接触，这种微观粒子的碰撞叫做散射。2、散射方向：由于粒子与物质微粒发生对、散射方向：由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小，所以心碰撞的概率很小，所以多数多数粒子在碰撞粒子在碰撞后飞向四面八方。后飞向四面八方。五、散射五、散射科学足迹：微观世界碰撞现象科学足迹：微观世界碰撞现象中子的发现：中子的发现：19321932年查德威克年查德威克(英国英国)vmmmvHH2vmmmvNN267107.4103.31/14/HHHNNHmmmmmmmmvv16.1Hmm课堂小结：课堂小结：（一）今天你学会了哪些知识？（二）今天
16、你学到了哪些科学研 究方法？作 业：1.完成导学案上相关习题 2.查阅相关资料，了解中子的发现过程。【课堂检测课堂检测】1、下列关于碰撞的理解正确的是：（）A、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量守恒B、如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞C、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D、微观粒子的相互作用虽然不发生直接接触，但仍称其为碰撞AD 2、质量相等的、质量相等的A、B两球在光滑的水平面上沿同两球在光滑的水平面上沿同一直线、同一方向运动，一直线、同一方向运动，A球的动量球的动量pA/=7kgms,B球的动量球的动量pB/=5 kg
17、ms，当，当A球追上球追上B球时发球时发生碰撞，则碰撞后生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能是（两球的动量可能是（）A、pA/=6 kgms,pB/=6 kgmsB、pA/=8 kgms,pB/=4 kgmsC、pA/=-2kgms,pB/=14 kgmsD、pA/=-4 kgms,pB/=17kgmsA【课堂检测课堂检测】速度为速度为10103 3m/sm/s的氦核与静止的质子发的氦核与静止的质子发生正碰，生正碰，氦核的质量是质子的4倍，碰撞是弹性的，求碰撞后两个粒子的速度。解：由于碰撞是弹性的，根据动量守恒和机械能守恒可以解得碰撞之后二者的速度分别为：氦核：质子：=6 102m/s=1.6 103m/s【课堂检测课堂检测】3、质量为2m的物体A以速度v0 碰撞静止物体 B，B的质量为m，碰后A、B的运动方向均与 的方向相同，则碰撞后B的速度可能为（）A v0 B2 v0 C2 v0/3 D v0/2 AC【课堂检测课堂检测】
