1、 1 16.4 6.4 碰碰 撞撞( (一一) )碰撞的共性與個性碰撞的共性與個性1 1、共性、共性: :作用力變化作用力變化快快 有些碰撞碰后分開，有些碰撞碰后粘在一起；有些碰撞碰后分開，有些碰撞碰后粘在一起； 相互作用時間短相互作用時間短作用力峰值大作用力峰值大系統(tǒng)動量守恒系統(tǒng)動量守恒2 2、個性、個性: :有些碰撞沿一條直線，有些碰不在一條直線上；有些碰撞沿一條直線，有些碰不在一條直線上； 有些碰撞過程可能機械能守恒，有些過程機械有些碰撞過程可能機械能守恒，有些過程機械能可能不守恒能可能不守恒【方案方案1 1】 實驗測量，間接驗證實驗測量，間接驗證21vv01h1v0 mv02/22h2

2、v 2mv2/2【設(shè)問設(shè)問1】如何探尋兩如何探尋兩球碰撞前后有無機械球碰撞前后有無機械能損失？能損失？ 看兩次擺角是否相同看兩次擺角是否相同由動量守恒定律：由動量守恒定律： 碰撞前系統(tǒng)總動能碰撞前系統(tǒng)總動能： 碰撞后系統(tǒng)總碰撞后系統(tǒng)總動能動能： 碰撞過程中有機械能損失【方案方案2】 ：理論論證理論論證vv0m2mm mvmv2=0+02=0vv0kkee20021=mvek2020241=)2(221=221=mvvmmvek分類方式之一：從能量變化方面分類分類方式之一：從能量變化方面分類( (二二) )碰撞的分類碰撞的分類碰撞過程中機械能守恒碰撞過程中機械能守恒碰撞過程中機械能不守恒碰撞過程

3、中機械能不守恒碰撞后兩物粘合在一碰撞后兩物粘合在一起，以共同速度運動起，以共同速度運動1 1、彈性碰撞、彈性碰撞：2 2、非彈性碰撞、非彈性碰撞：3 3、完全非彈性碰撞：、完全非彈性碰撞：機械能損失最大機械能損失最大! !【討論問題一討論問題一】一維彈性碰撞的碰后速度的確定一維彈性碰撞的碰后速度的確定v1v1/m1v2/m2m1m2 假設(shè)物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2發(fā)生彈性碰撞,碰撞后他們的速度分別為v1和v2 。求出用m1 m2 v1 來表示v1和v2的表達式。的表達式。 彈性碰撞：動量和機械能都守恒221111+=vmvmvm22221121121+21=21vmvmvm討論討論

4、:a.a.當(dāng)當(dāng)m m1 1m m2 2時，時，v v1 1=0; v=0; v2 2=v=v1 1( (質(zhì)量相等，交換速度質(zhì)量相等，交換速度)b.b.當(dāng)當(dāng)m m1 1m m2 2時，時， v v1 10 0; v; v2 20.0.( (大碰小，一起跑大碰小，一起跑) )c.c.當(dāng)當(dāng)m m1 1m m2 2時，時， v v1 10; v0; v2 20.0.( (小碰大，要反彈小碰大，要反彈)d.d.當(dāng)當(dāng)m m1 1m m2 2時，時，v v1 1v v1 1; v; v2 22v2v1 1e.e.當(dāng)當(dāng)m m1 1m m2 2時，時，v v1 1 v v1 1; v; v2 2 0 02211

5、11+=vmvmvm211=+vvv22221121121+21=21vmvmvm【討論問題二討論問題二】 碰撞過程中能量與形變量的演變碰撞過程中能量與形變量的演變碰撞過程的碰撞過程的“慢鏡慢鏡頭頭”v1v共彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞【例例2】質(zhì)量為質(zhì)量為m m速度為速度為v的的a a球，跟質(zhì)量為球，跟質(zhì)量為3m3m的靜止的靜止b b球發(fā)生正碰，碰撞可能是彈性，也可球發(fā)生正碰，碰撞可能是彈性，也可能非彈性，碰后能非彈性，碰后b b球的速度可能是以下值嗎？球的速度可能是以下值嗎？（a）0.6v (b)0.4v (c)0.2v解：解：b b球速度的最小值發(fā)生在

6、完全非彈性碰球速度的最小值發(fā)生在完全非彈性碰撞情形撞情形由動量守恒：由動量守恒：min)+3(=vmmmvvv25. 0=minb b球速度的最大值發(fā)生在球速度的最大值發(fā)生在彈性碰撞時彈性碰撞時：vmmmvv5 . 032max所以，只有所以，只有0.40.4v是速度可能值是速度可能值分類方式之二：從碰撞速度方向分類分類方式之二：從碰撞速度方向分類 1 1、對心碰撞、對心碰撞正碰：正碰：2 2、非對心碰撞、非對心碰撞斜碰斜碰：碰前運動速度與兩球心連線處于同碰前運動速度與兩球心連線處于同一直線上一直線上 碰前運動速度與兩球心連線不在碰前運動速度與兩球心連線不在同一直線上同一直線上【設(shè)問設(shè)問】斜碰

7、過程滿足動量守恒嗎？為什么？斜碰過程滿足動量守恒嗎？為什么？如圖，能否大致畫出碰后如圖，能否大致畫出碰后a a球的速度方向？球的速度方向？av1bv/ /2bam2v2/m1v1m1v1/【設(shè)問設(shè)問】若兩球質(zhì)量相等，又是彈性碰撞你若兩球質(zhì)量相等，又是彈性碰撞你能進一步確定兩球碰后速度方向關(guān)系嗎？能進一步確定兩球碰后速度方向關(guān)系嗎？22212121+21=21vmvmmv222121+=vvv21vv 1 1、動量制約、動量制約2 2、動能制約、動能制約3 3、運動制約、運動制約( (三三) )碰撞規(guī)律總結(jié)碰撞規(guī)律總結(jié)【例例3】在光滑水平面上，動能為在光滑水平面上，動能為e e0 0、動量的、動

8、量的大小為大小為p p0 0的小鋼球的小鋼球1 1與靜止的小鋼球與靜止的小鋼球2 2發(fā)生碰發(fā)生碰撞，碰撞前后球撞，碰撞前后球1 1的運動方向相反，將碰撞后的運動方向相反，將碰撞后球球1 1的動能和動量的大小分別記為的動能和動量的大小分別記為e e1 1、p p1 1，球，球2 2的動能和動量的大小分別記為的動能和動量的大小分別記為e e2 2、p p2 2，則必，則必有：有： a、e1e0 b、p1e0 d、p2p0參考答案參考答案: :dab守恒守恒不增不增合理合理 在光滑水平面上，有在光滑水平面上，有a a、b b兩個小球向右沿同兩個小球向右沿同一直線運動，取向右為正，兩球的動量分別是一直

9、線運動，取向右為正，兩球的動量分別是p pa a=5kgm/s=5kgm/s，p pb b=7kgm/s=7kgm/s，如圖所示若能發(fā)生，如圖所示若能發(fā)生正碰，則碰后兩球的動量增量正碰，則碰后兩球的動量增量p pa a、p pb b可能可能是是 （ ）a ap pa a=-3kgm/s=-3kgm/s；p pb b =3kgm/s =3kgm/s b bp pa a=3kgm/s=3kgm/s；p pb b =3kgm/s =3kgm/sc cp pa a= -10kgm/s= -10kgm/s；p pb b =10kgm/s =10kgm/s d dp pa a=3kgm/s=3kgm/s；

10、p pb b = -3kgm/s = -3kgm/s a a【思考思考】( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象微觀世界碰撞現(xiàn)象1 1、中子的發(fā)現(xiàn)：、中子的發(fā)現(xiàn)：19321932年查德威克年查德威克( (英英國國) )vmmmvhh2vmmmvnn267107 . 4103 . 31/14/hhhnnhmmmmmmmmvv16. 1hmm( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象微觀世界碰撞現(xiàn)象2 2、中子減速劑：石墨、重水、中子減速劑：石墨、重水( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象微觀世界碰撞現(xiàn)象3 3、驗證汞原子能量量子化、驗證汞原子能量量子化的經(jīng)典實驗的經(jīng)典實驗弗蘭克弗蘭克赫茲實驗（赫茲實驗（19141914

11、年）年） 通過電子與汞原子核碰通過電子與汞原子核碰撞的能量傳遞，證實了原子撞的能量傳遞，證實了原子能量處于分立的不連續(xù)狀態(tài)能量處于分立的不連續(xù)狀態(tài)( (四四) )微觀世界碰撞現(xiàn)象微觀世界碰撞現(xiàn)象4 4、粒子加速器、粒子加速器基本知識點基本知識點彈性碰撞彈性碰撞動量、機械能守恒動量、機械能守恒非彈性碰撞非彈性碰撞動量守恒、機械能有損失動量守恒、機械能有損失完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞動量守恒、機械能損失最大動量守恒、機械能損失最大基本思想方法基本思想方法猜想猜想推論推論小結(jié)小結(jié)：對心碰撞（正碰）對心碰撞（正碰）碰撞前后速度沿球心連線碰撞前后速度沿球心連線非對心碰撞（斜碰）非對心碰撞（斜碰）碰撞前

12、后速度不共線碰撞前后速度不共線驗證驗證結(jié)束語：結(jié)束語： 大到茫茫宇宙，小到神秘微觀，平凡到日常生活，有著形形色色、風(fēng)格迥異的碰撞現(xiàn)象，雖然它們的運動個性十足，但都遵守兩條鐵的紀律：動量守恒和動能不增，這兩條規(guī)律就兩只無形的手，操縱和控制著事物發(fā)展的方向和進程，尋求大千世界變化中的不變量，找到它，我們就能掌握事物變化的規(guī)律，這也是物理學(xué)探尋未知世界基本的思想方法 ！【拓展與應(yīng)用拓展與應(yīng)用】 211vvv121vvv 1221vvvv 【例例1】“瑞士天王瑞士天王”費德勒在一次比賽費德勒在一次比賽中，面對迎面飛來的速度為中，面對迎面飛來的速度為60km/h60km/h的網(wǎng)球，的網(wǎng)球，揮動球拍以揮動球拍以70km/h70km/h的速度擊球，打出一記的速度擊球，打出一記“平擊球平擊球”，試估算此