碰撞與動(dòng)量守恒課件頁(yè)P(yáng)PT

1、選修35第一章 碰撞與動(dòng)量守恒（a）白球撞擊花球（b）公路上兩車相撞1 碰撞一、碰撞現(xiàn)象 打彈子、臺(tái)球、棒球、兩車相撞、這些均屬于碰撞現(xiàn)象。 碰撞：做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)（或幾個(gè)）物體相遇而發(fā)生相互作用，在很短的時(shí)間內(nèi)，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著的變化，這一過(guò)程叫做碰撞。 兩個(gè)物體相碰，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和動(dòng)能都將發(fā)生變化。二、碰撞中動(dòng)能的變化 用下面圖片來(lái)說(shuō)明 兩個(gè)物體相碰，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和動(dòng)能都將發(fā)生變化。氣墊導(dǎo)軌次 數(shù)滑塊質(zhì)量碰 前碰 后速度動(dòng)能動(dòng)能之和速度動(dòng)能動(dòng)能之和動(dòng)能改變量123m1m2Ek2Ek1Ek=Ek1+ Ek2兩滑塊碰撞前、后動(dòng)能的計(jì)算tvtvA= 0ABB= 0ABBABBAABBA

2、BABA=BABAA沿原方向速度為最小ABA兩滑塊剛接觸Bmax彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)兩滑塊接近彈簧壓縮兩滑塊距離最近彈簧形變量最大FFFmaxFmaxFF兩滑塊分離,彈簧壓縮量減小系統(tǒng)動(dòng)能為Eko系統(tǒng)損失動(dòng)能Ekmax系統(tǒng)動(dòng)能為Ek0系統(tǒng)動(dòng)能為EkEko系統(tǒng)動(dòng)能為EkBABABAA沿原方向速度最小ABA兩滑塊剛接觸Bmax彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)兩滑塊接近彈簧壓縮兩滑塊距離最近彈簧形變量最大FFFmaxFmaxFF兩滑塊分離,彈簧壓縮量減小系統(tǒng)動(dòng)能為Eko系統(tǒng)損失動(dòng)能Ekmax系統(tǒng)動(dòng)能為Ek0系統(tǒng)動(dòng)能為EkEko系統(tǒng)動(dòng)能為Ekm2，3、當(dāng)m1m2，說(shuō)明物塊1速度反向4、當(dāng)m1m2，物塊1以原速率被彈回物塊2的速度

3、不變 例7 車廂長(zhǎng)度為l，質(zhì)量為M，靜止于光滑的水平面上，車廂內(nèi)有一質(zhì)量為m的物體以速度0 向右運(yùn)動(dòng)，與車廂壁來(lái)回碰撞n次，靜止于車廂內(nèi)，則此時(shí)車廂的速度為多少？ 例6 如圖所示，A、B兩滑塊質(zhì)量均為m，分別穿插于光滑的足夠長(zhǎng)的水平放置的固定導(dǎo)桿上，兩導(dǎo)桿平行，間距為d，以自然長(zhǎng)度為d的輕彈簧連接兩滑塊。設(shè)開(kāi)始時(shí)兩滑塊位于同一豎直線上，且速度為零，現(xiàn)給B滑塊一個(gè)水平向右的沖量，其大小為I，此后A滑塊第一次達(dá)到的最大速度的位置在（ ） A彈簧伸長(zhǎng)量最大時(shí) B彈簧壓縮量最大時(shí) C彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí) D條件不足，無(wú)法確定d A B C彈性碰撞完全非彈性碰撞方向向右二、中子的發(fā)現(xiàn) 1928年德國(guó)物理學(xué)

4、家玻特用 粒子去轟擊輕金屬鈹（Be）時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種貫穿力很強(qiáng)的中性射線，當(dāng)時(shí)他認(rèn)為是 射線。后來(lái)約里奧居里夫婦進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)，用玻特發(fā)現(xiàn)的射線去轟擊石蠟，結(jié)果從石蠟中打出了質(zhì)子流，約里奧居里夫婦也認(rèn)為是 射線撞擊氫原子核的結(jié)果。直到1932年，盧瑟福的學(xué)生、英國(guó)物理學(xué)家查得威克研究了這種中性射線，測(cè)出它的速度不到光速的10%，從而否定了這種中性射線是 ，查得威克認(rèn)為要確定這種中性射線究竟是什么，就必須測(cè)出它的質(zhì)量。 查得威克用這種中性射線與質(zhì)量已知的氫核和氮核分別發(fā)生碰撞，并認(rèn)為這種碰撞是完全彈性的，他在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出了碰撞后氫核和氮核的速度，于是就可以用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律求這種中性粒子的

5、質(zhì)量。 設(shè)中性粒子的質(zhì)量為m，碰前速率為 ，碰后速率為 ，氫核的質(zhì)量為mH，碰前速度為零，碰后速率為 ，則 同理，對(duì)氮原子核的碰撞可解得： 由上述兩個(gè)藍(lán)色表達(dá)式可解得： 查得威克在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出 由此解得 這種中性粒子的質(zhì)量與氫核（即質(zhì)子）的質(zhì)量相同，因其不帶電，故稱之為中子。三、反沖現(xiàn)象與火箭的發(fā)射 反沖運(yùn)動(dòng)是自然界存在的一個(gè)運(yùn)動(dòng)形式。反沖運(yùn)動(dòng)在日常生活和生產(chǎn)很常見(jiàn)，請(qǐng)舉例說(shuō)明 一對(duì)相互作用力對(duì)作用的兩個(gè)物體產(chǎn)生兩個(gè)反方向的沖量，使兩個(gè)物體獲得相反方向的動(dòng)量而出現(xiàn)的一種運(yùn)動(dòng)。 反沖運(yùn)動(dòng)： 過(guò)節(jié)時(shí)放的“二踢腳”鞭炮就是利用反沖運(yùn)動(dòng)。這種鞭炮第一次引燃時(shí)向下噴射燃燒的高速氣體，鞭炮便飛向空中，第二次

6、引燃放出美麗的火花。第一次引燃使鞭炮飛向空中就是反沖運(yùn)動(dòng)。 在端陽(yáng)節(jié)舉行的“龍舟賽”，龍舟上的運(yùn)動(dòng)員用槳將水向后劃，船卻向前進(jìn)，這是利用船相對(duì)向后的水產(chǎn)生向前的反沖運(yùn)動(dòng)。若是向后劃的水越多越快，龍舟向前運(yùn)動(dòng)得越快。 以上例子都是反沖運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用。而最著名的應(yīng)用當(dāng)數(shù)課本上講到的噴氣式飛機(jī)和火箭的發(fā)射，這在人類文明史上是很重要的發(fā)明。特別是火箭的發(fā)射，它將人類帶入了航天歷史，開(kāi)創(chuàng)了人類探測(cè)宇宙、研究宇宙的新紀(jì)元。我國(guó)在火箭發(fā)射上已進(jìn)入了世界的前列。在同學(xué)將來(lái)的努力下，會(huì)有更加輝煌的未來(lái)。 反沖現(xiàn)象是動(dòng)量守恒定律的一個(gè)重要應(yīng)用。如火箭的發(fā)射，當(dāng)火箭向后噴出高速氣體使火箭獲得較大的向前速，包括噴氣式飛機(jī)

7、。 火箭飛行器所能達(dá)到的最大速度，就是燃料燃盡時(shí)獲得的最終速度?；鸺淖畲笏俣热Q于兩個(gè)條件： 一、向后噴氣的速度 二、質(zhì)量比（火箭開(kāi)始飛行時(shí)的質(zhì)量與燃料燃盡時(shí)的質(zhì)量之比） 噴氣速度越大、質(zhì)量比越大，最終速度就越大。提高噴氣速度，需要使用高質(zhì)量的燃料，目前常的液體燃料是液氫，用液氧作氧化劑。質(zhì)量比與火箭的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)。現(xiàn)在火箭的質(zhì)量比不超過(guò)10。一級(jí)火箭最終的速度不能達(dá)到發(fā)射人造衛(wèi)星速度，因而發(fā)射衛(wèi)星要用多極火箭。 火箭： 例1一艘小船靜止在湖面上，原來(lái)站在船尾的人突然縱身跳躍到船首，并與小船保持相對(duì)靜止，這時(shí)小船的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是(不考慮水的阻力) （ ） A向前運(yùn)動(dòng) B向后運(yùn)動(dòng) C仍靜止不動(dòng)

8、D人、船質(zhì)量未知，無(wú)法確定C 例2質(zhì)量m=100kg的小船靜止在水面上，船兩端載著m甲=40kg、m乙=60kg的游泳者。在同一水平線上甲朝左、乙朝右同時(shí)以相對(duì)于岸3m/s的速率躍入水中，如圖所示，關(guān)于小船運(yùn)動(dòng)方向和速率大小，下列說(shuō)法中正確的是 （ ） A向左，大于1m/s B向右，大于1m/s C向左，小于1m/s D向右，小于1m/s甲乙C 例3如圖所示，光滑水平面上有大小相同的A、B兩球在同一條直線上運(yùn)動(dòng)，兩球質(zhì)量關(guān)系mB=2mA，規(guī)定向右為正方向，A、B兩球的動(dòng)量均為6kgm/s。運(yùn)動(dòng)中兩球發(fā)生碰撞，碰撞后，A球動(dòng)量的增量為-4 kgm/s，則（ ） A左方是A球， 碰撞后A、B兩球速

9、度大小之比為2:5 B左方是A球， 碰撞后A、B兩球速度大小之比為1:10 C右方是A球， 碰撞后A、B兩球速度大小之比為2:5 D右方是A球， 碰撞后A、B兩球速度大小之比為1:10 兩球動(dòng)量相同，兩球速度之比與質(zhì)量成反比，A、B兩球速度比為2:1。開(kāi)始兩球均向右運(yùn)動(dòng)，若左方A球， A球追上B球碰撞后分開(kāi)，即A球動(dòng)量變?yōu)? kgm/s，B球動(dòng)量變?yōu)?0kgm/s，兩球速度之比為2:5；若右方A球， A球速度比B球的速度大，兩球之間不可能發(fā)生碰撞 A 例4 載人氣球原靜止在高h(yuǎn)的高空，氣球的質(zhì)量為M。人的質(zhì)量為m，若人沿繩梯滑至地面，則繩梯的長(zhǎng)度至少為長(zhǎng)？ 解答：人與氣球組成的系統(tǒng)在豎直方向上所受到的合外力為零，動(dòng)量守恒，有 Mu-m=0 由于每時(shí)每刻有這樣的關(guān)系式，人與氣球均由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，位移也有相應(yīng)的關(guān)系式 MxM-mxm=0 當(dāng)人下降xm=h，氣球上升 人與氣球的距離為 s即為繩梯的長(zhǎng)度，即繩長(zhǎng) 例5如圖所示，長(zhǎng)木板ab的b端固定一檔板，木板連同檔板的質(zhì)量為M=4.0kg， a、b間距離s=2.0m。木板位于光滑水平面上。在木板的a端有一小物塊，其質(zhì)量m=1.0kg，小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.1，它們都處于靜