河南省示范性高中罗山高中2020学年高中物理 16碰撞 13页

教案部分 ‎ ‎16．4 碰 撞 ‎【教学目标】‎ ‎（一）知识与技能 ‎1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞 ‎2．了解微粒的散射 ‎（二）过程与方法 通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。‎ ‎（三）情感、态度与价值观 感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。‎ ‎【教学重点】用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题 ‎【教学难点】对各种碰撞问题的理解 ‎【教学方法】教师启发、引导，学生讨论、交流。‎ ‎【教学用具】投影片，多媒体辅助教学设备 ‎【课时安排】1 课时 ‎【教学过程】‎ ‎（一）引入新课 碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：‎ ‎1．碰撞过程中动量守恒．‎ 提问：守恒的原因是什么？（因相互作用时间短暂，因此一般满足F内>>F外的条件）‎ ‎2．碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变．‎ ‎3．碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加．‎ 提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）‎ 熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求．‎ ‎（二）进行新课 一、弹性碰撞和非弹性碰撞 ‎1．弹性碰撞 在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。‎ 举例：通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。‎ 分析：物体m1以速度v1与原来静止的物体m2碰撞，若碰撞后他们的速度分别为v1/ 、 v2/。试根据动量守恒定律和能量守恒定律推导出v1/ 、 v2/的表达式。‎ 注意：弹性碰撞后的物体不发生永久性的形变，不裂成碎片，不粘在一起，不发生热传递及其他变化。‎ ‎【例1】 质量m1=‎10g的小球在光得的水平面上以v1=‎30cm／s的速度向右运动，恰遇上质量m2=‎50 g的小球以v2=‎10cm／s的速度向左运动。碰撞后，小球m2恰好静止。那么碰撞后小球m1的速度多大?方向如何?‎ ‎[解析] 设v1的方向为正方向(向右)，则各球的速度为v1=‎30cm／s，v2= —‎10cm／s，v2/=0，‎ 据m1v1+m2v2＝m1v1 /+m2v2 / 解得v1 /= —‎20cm／s，负号表示碰撞后m1的运动方向 与v1的方向相反，即向左。‎ ‎[答案] ‎20cm／s 方向向左 ‎[点评] 本题中的速度方向虽在同一直线上，但有的向右，有的向左，运用动量守恒定律求解时，一定要规定正方向。‎ ‎2．非弹性碰撞 ‎(1)非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。‎ ‎(2)完全非弹性碰撞：是非弹性磁撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在—‎ 起(或碰后具有共同的速度)，其动能损失最大。（试试如何推导？）‎ 注意：碰撞后发生永久性形变、粘在一起、摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞。‎ ‎【例2】如图所示，P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰，碰撞后P物体静止，Q物体以P物体碰撞前速度v离开，已知P与Q质量相等，弹簧质量忽略不计，那么当弹簧被压缩至最短时，下列的结论中正确的应是 ( )‎ A．P的速度恰好为零 B．P与Q具有相同速度 C．Q刚开始运动 D．Q的速度等于v ‎[解析] P物体接触弹簧后，在弹簧弹力的作用下，P做减速 运动，Q物体做加速运动，P、Q间的距离减小，当P、Q两物体 速度相等时，弹簧被压缩到最短，所以B正确，A、C错误。由 于作用过程中动量守恒，设速度相等时速度为v/，则mv=(m+m) v/，所以弹簧被压缩至最短时，P、Q的速度v/=v/2，故D错误。‎ ‎[答案] B ‎[点评] 用弹簧连着的物体间相互作用时，可类似于弹性碰撞，此类题目常见的有相互作用的物体中出现恰好“最近”“最远”等临界问题，求解的关键点是速度相等 ‎【例3】如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动．设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？‎ 组织学生认真读题，并给三分钟时间思考．‎ ‎（1）提问学生解题方法，可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失，因而解之为 Mg（h+L）+mgL-FL=0．‎ 将此结论写在黑板上，然后再组织学生分析物理过程．‎ ‎（2）引导学生回答并归纳：第一阶段，M做自由落体运动机械能守恒．m不动，直到M开始接触m为止．再下面一个阶段，M与m以共同速度开始向地层内运动．阻力F做负功，系统机械能损失．‎ 提问：第一阶段结束时，M有速度，，而m速度为零。下一阶段开始时，M与m就具有共同速度，即m的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢？‎ 引导学生分析出来，在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中，内力远大于外力，M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中，机械能（动能）是有损失的．‎ ‎（3）让学生独立地写出完整的方程组．‎ 第一阶段，对重锤有：‎ 第二阶段，对重锤及木楔有 Mv+0=（M+m）．‎ 第三阶段，对重锤及木楔有 ‎（4）小结：在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题．‎ ‎【例4】在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示．若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是  （ ）‎ A．△pA=-3kgm/s；△pB =3kgm/s B．△pA=3kgm/s；△pB =3kgm/s C．△pA=-10kgm/s；△pB =10kgm/s D．△pA=3kgm/s；△pB =-3kgm/s 组织学生认真审题．‎ ‎（1）提问：解决此类问题的依据是什么？‎ 在学生回答的基础上总结归纳为：‎ ‎①系统动量守恒；②系统的总动能不能增加；③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；④‎ 碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．‎ ‎（2）提问：题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？‎ 帮助学生回忆的关系。‎ ‎（3）提问：题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？‎ 要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，‎ 所以，，即 ，‎ ‎（4）最后得到正确答案为A．‎ 二、对心碰撞和非对心碰撞 ‎1．对心碰撞 两球碰撞时，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同—条直线上，碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线，这种碰撞称为对心碰撞，也叫正碰。‎ 注意：发生对心碰撞的两个物体，碰撞前后的速度都沿同一条直线，它们的动量也都沿这条直线，在这个方向上动量守恒。‎ ‎2．非对心碰撞 两球碰撞时，碰撞之前的运动速度与两球心的连线不在同—条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线。这种碰撞称为非对心碰撞，也叫斜碰。斜碰也遵循动量守恒定律，但情况较复杂，中学阶段不作要求。‎ 注意：发生非对心碰撞的两个小球，可以将小球速度沿球心连线和垂直球心连线两个方向分解，在这两个方向上应用动量守恒定律列式求解。‎ 三、散射 ‎1、散射：在粒产物理和核物理中，常常使一束粒子射人物体，粒子与物体中的微粒碰撞。这些微观粒子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。‎ 由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小，所以多数粒子在磁撞后飞向四面八方。‎ ‎2、如何正确理解非对心碰撞与散射?‎ 诠释 (1)非对心碰撞的两个物体，碰撞前后速度不在同一条直线上，属于二维碰撞问题．如果系统碰撞过程中所受合外力为零，则仍然满足动量守恒，这时通常将动量守恒用分量式表示．如：‎ ‎ m1v1x+m2v2x＝m1v1x /+m2v2x /，‎ m1v1y+m2v2y＝m1v1y /+m2v2y /，‎ ‎(2)在用α粒子轰击金箔时，α粒子与金原子核碰撞(并不直接接触)后向各个方向飞出，即发生散射．其散射角θ满足以下关系式 cotθ/2=4πε0Mv2b/2Ze2．‎ 其中Z为金原子的原子序数，M是α粒子的质量，εo为真空中的介电常数，其他物理量见图所示．从上式可以看出，b越小，θ越大．当b＝o时，θ＝1800，α粒子好像被弹回来一样．‎ 微观粒子之间的碰撞通常被视为完全弹性碰撞，遵从动量守恒及前后动能相等．英国物理学家查德威克利用弹性碰撞理论成功地发现了中子．‎ ‎（三）课堂小结 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。‎ 学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。‎ 点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。‎ 教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。‎ ‎（四）作业 ‎“问题与练习”1～5题 ‎★教学体会 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。‎ 学案部分 ‎16．4 碰 撞 ‎【目标引领】‎ ‎（一）知识与技能 ‎1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞 ‎2．了解微粒的散射 ‎（二）过程与方法 通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。‎ ‎（三）情感、态度与价值观 感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。‎ ‎【自学探究】‎ ‎1．碰撞过程中动量守恒吗？为什么？‎ ‎2、什么是弹性碰撞和非弹性碰撞？‎ ‎3、什么是对心碰撞和非对心碰撞？‎ ‎4、什么是散射？‎ ‎【合作解疑】‎ ‎1、碰撞过程中位移、速度的改变有何特点？系统的总动能如何变化？‎ ‎2．在弹性碰撞和非弹性碰撞碰撞过程中，系统的动量和机械能各有何特点？‎ ‎3、哪一种碰撞系统动能损失最大？这种碰撞有何特点？‎ ‎【精讲点拨】‎ ‎【例1】 质量m1=‎10g的小球在光得的水平面上以v1=‎30cm／s的速度向右运动，恰遇上质量m2=‎50 g的小球以v2=‎10cm／s的速度向左运动。碰撞后，小球m2恰好静止。那么碰撞后小球m1的速度多大?方向如何?‎ 解题反思：‎ ‎【例2】如图所示，P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰，碰撞后P物体静止，Q物体以P物体碰撞前速度v离开，已知P与Q质量相等，弹簧质量忽略不计，那么当弹簧被压缩至最短时，下列的结论中正确的应是 ( )‎ A．P的速度恰好为零 B．P与Q具有相同速度 C．Q刚开始运动 D．Q的速度等于v 解题反思：‎ ‎【例3】如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动．设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？‎ 解题反思：‎ ‎【例4】在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示．若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是  （ ）‎ A．△pA=-3kgm/s；△pB =3kgm/s B．△pA=3kgm/s；△pB =3kgm/s C．△pA=-10kgm/s；△pB =10kgm/s D．△pA=3kgm/s；△pB =-3kgm/s 问题思考：‎ ‎1、解决此类问题的依据是什么？‎ ‎2、题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？‎ ‎3、题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？‎ 解题反思：‎ ‎【训练巩固】‎ ‎1．如图所示，质量为M的小车原来静止在光滑水平面上，小车A端固定一根轻弹簧，弹簧的另一端放置一质量为m的物体C，小车底部光滑，开始让弹簧处于压缩状态，当弹簧释放后，物体C被弹出向小车B端运动，最后与B端粘在一起，下列说法中正确的是 ( )‎ A．物体离开弹簧时，小车向左运动 B．物体与B端粘在一起之前，小车的运动速率与物体C的运动速率之比为m/M C．物体与B端粘在一起后，小车静止下来 D．物体与B端粘在一起后，小车向右运动 ‎2．三个相同的木块A、B、C从同一高度处自由下落，其中木块A刚开始下落的瞬间被水平飞来的子弹击中，木块B在下落到一定高度时，才被水平飞来的子弹击中。若子弹均留在木块中，则三木块下落的时间tA、tB、tc的关系是 ( )‎ A．tA< tB tB >tc C．tA =tc