《物體的碰撞》PPT課件.ppt

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1、第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 17世紀(jì)中葉，碰撞問(wèn)題成為科學(xué)界共同關(guān)心的問(wèn)題： 布拉格大學(xué)校長(zhǎng)馬爾西在 1639年發(fā)表著作，得出了一 些碰撞的結(jié)論； 隨后，伽利略、馬略特、牛頓、笛卡爾、惠更斯等人 先后進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，從最初對(duì)一些現(xiàn)象無(wú)法解 釋，到最后歸納成系統(tǒng)的理論，總結(jié)出碰撞的規(guī)律， 明確提出運(yùn)動(dòng)量守恒的基本思想。 20世紀(jì) 30年代以后，由于加速器技術(shù)和探測(cè)技術(shù)的發(fā) 展，通過(guò)高能粒子的碰撞，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了 很

2、多新粒子，且絕大多數(shù)的粒子是理論預(yù)言上沒(méi)有的。 這豐富了人們對(duì)微觀粒子世界的認(rèn)識(shí)，形成了新的基 本粒子物理研究領(lǐng)域。 歷史上對(duì)碰撞問(wèn)題的研究 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 碰撞是兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體在 相遇的極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生非常之強(qiáng)的相 互作用。 一 .碰撞的定義 二 .碰撞的特點(diǎn) 相互作用時(shí)間短 相互作用力變化快，作用力峰值大， 因而其他外力可以忽略。（物體之間的 內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力） 實(shí)驗(yàn) 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 三 .碰撞的分類 正碰 ：兩個(gè)物體碰撞時(shí)的速度在同一直線上。 斜碰 ：兩個(gè)物體碰撞時(shí)的速度不在同一直線上。 彈性碰撞 ：兩小球碰撞后形變能完全恢復(fù)，沒(méi)有 能量

3、損失，碰撞前后兩小球的總動(dòng)能相等。 非彈性碰撞 ：兩小球碰撞后形變不能完全恢復(fù)， 將有一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，碰撞前后兩小球的總 動(dòng)能不相等。 完全非彈性碰撞 ：碰撞后完全不反彈，兩個(gè)物 體粘在一起，總動(dòng)能損失最多。 分類 2 現(xiàn)象 2、按碰撞前后的能量分為： 1、按碰撞前后的速度分為： 分類 1 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 【 例 】 在同一水平面上有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球 A、 B， 若碰撞前后兩者的動(dòng)能分別如表中所示，判斷各次 分別是哪種碰撞？ A碰前 B碰前 A碰后 B碰后 第 1次 10J 5J 5J 10J 第 2次 10J 5J 4J 9J 第 3次 15J 5J 7J 1

4、4J 彈性碰撞 非彈性碰撞 不成立 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 四 .碰撞的規(guī)律 ？ 碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)能不大于碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)能。 碰撞時(shí)的速度關(guān)系必須滿足實(shí)際情景。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 結(jié)論：對(duì)于一個(gè)原來(lái)靜止的物體 ， 只要作用力 F和力的作 用時(shí)間 t的乘積 Ft相同 ， 這個(gè)物體就獲得相同的速度 也 就是說(shuō)：對(duì)一定質(zhì)量的物體 ， 力所產(chǎn)生的改變物體速度的 效果 ， 是由 Ft這個(gè)物理量決定的 。 m Fa tmFatv 問(wèn)題： 一個(gè)質(zhì)量為 m的靜止物體，在力 F 的作用下開 始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間 t 將獲得多大的速度 ? 解：物體在力 F作用下得到的加速度為

5、: 經(jīng)時(shí)間 t，據(jù) v=at 得 物體獲得的速度： 拓展分析：整理可得 Ft=mv，由此我們得到：對(duì)于一 個(gè)原來(lái)靜止的物體（ v0=0,m一定），要使它獲得某一 速度，你可采用哪些方法 答：可以用較大的力作用較短的時(shí)間； 可以用較小的力作用較長(zhǎng)的時(shí)間 。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 沖量是 矢量 ，它的方向是由力的方向決定的，如果 力的方向在作用時(shí)間內(nèi)不變，沖量的方向就跟力的方 沖量的國(guó)際單位是： 牛 秒 （ Ns）。 物理意義：沖量是表示力對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)。 五、沖量 力 F和力的作用時(shí)間 t的乘積 Ft叫做力的沖量。通 常用符號(hào) I來(lái)表示沖量，則： I=Ft 沖量是過(guò)程量。 【

6、 說(shuō)明 】 (計(jì)算恒力的沖量） 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 動(dòng)量的國(guó)際單位是： 千克 米 /秒 （ kgm/s）。 物理意義： 動(dòng)量是描述物體處于某一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的 物理量 。 六、動(dòng)量 運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度的乘積叫做動(dòng)量。用符 號(hào) p表示，即： P=mv 動(dòng) 量是狀態(tài)量。 【 說(shuō)明 】 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 討論： 試證明沖量的單位 Ns與動(dòng)量的單位 kgm/s是相同 的 。 我們說(shuō)物體的動(dòng)量在變化 ， 包括幾種情況 ， 舉例 說(shuō)明 。 【 例 】 一個(gè)質(zhì)量是 0.2kg的鋼球，以 2m/s的速度水平 向右運(yùn)動(dòng)，碰到一塊堅(jiān)硬的大理石后被彈回，沿著同 一直線以 2

7、m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng)，碰撞前后鋼球 的動(dòng)量有沒(méi)有變化？變化了多少？ 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 解：取水平向右的方向?yàn)檎较?， 碰撞前鋼球的速度 v=2m/s， 碰撞前鋼球的動(dòng)量為： p=mv= . kgm/s=0.4kgm/s. 碰撞后鋼球的速度為 v =-2m/s, p =mv =- . kgm/s=-0.4kgm/s. 碰撞前后鋼球動(dòng)量的變化為： p=p -p=-0.4kgm/s-0.4kgm/s=-0.8 kgm/s 且動(dòng)量變化的方向向左 。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 【 例 】 對(duì)于力的沖量的說(shuō)法 ， 正確的是 ( ) A 力越大 ， B 作用在物體上

8、的力大 ， C F1與其作用時(shí)間 t1的乘積 F1t1的大小 ， 等于 F2與 其作用時(shí)間 t2的乘積 F2t2的大小 ， 則這兩個(gè)沖量相同 D 靜置于水平地面上的桌子受到水平推力 F的作用 ， 經(jīng)時(shí)間 t始終處于靜止?fàn)顟B(tài) ， 【 例 】 質(zhì)量 m為 3kg的小球 ， 以 2m/s的速率繞其圓心 o 做勻速圓周運(yùn)動(dòng) ， 小球從 A轉(zhuǎn)到 B的過(guò)程中動(dòng)量的變化 為多少 ？ 從 A轉(zhuǎn)到 C的過(guò)程中 ， 動(dòng)量變化又為多少 ？ B 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 F F F F F F F F v =v0 v =v t F 作用了時(shí)間 t 質(zhì)量為 M 的物

9、體在光滑水平面上受水平 恒力 F 的作用下，經(jīng)過(guò)時(shí)間 t，速度由 v0 變?yōu)?vt。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 F F v =v0 v =v t F 作用了時(shí)間 t 分析： 由牛頓第二定律知： F = m a 而加速度： t vva t 0 t vvmF t 0 0mvmvFt t 整理得： t pI 可以寫成： 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 F F mv0 mv t F 作用了時(shí)間 t 0mvmvFt t 動(dòng)量定理 ： 合外力 的沖量等于物體動(dòng)量的改變。 t 作用了時(shí)間 pI 可以寫成： 總結(jié)： 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 七、動(dòng)量定理 物體所受合外力的沖

10、量等于物體的動(dòng)量變化。 即： 【 說(shuō)明 】 F合 t=mvt mv0 I合 = p 公式 中 F合 是物體所受 合外力 ， t是物體從初動(dòng)量變 化到末動(dòng)量所需時(shí)間 , vt是末速度， v0是初速度。 動(dòng)量定理表達(dá)的含義有以下幾方面： 沖量 是物體 動(dòng)量變化 的原因。 物體動(dòng)量變化的大小和它所受合外力沖量的大小相等。 物體所受合外力沖量的方向和物體動(dòng)量變化的方向相同。 適用范圍：適用于 恒力 及隨時(shí)間變化的 變力 。對(duì)于 變力情況，動(dòng)量定理中的 F合 應(yīng)理解為變力在時(shí)間內(nèi)的 平均值。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 【 例 】 釘釘子時(shí)為什么要用鐵錘而不用橡皮錘， 而鋪地磚時(shí)卻用橡皮錘而

11、不用鐵錘？ 解析： 釘釘子時(shí)用鐵錘是因?yàn)殍F錘形變很小，鐵 錘和釘子之間的相互作用時(shí)間很短，對(duì)于動(dòng)量變化一 定的鐵錘，受到釘子的作用力很大，根據(jù)牛頓第三定 律，鐵錘對(duì)釘子的作用力也很大，所以能把釘子釘進(jìn) 去橡皮錘形變較大，它和釘子之間的作用時(shí)間較長(zhǎng)， 同理可知橡皮錘對(duì)釘子的作用力較小，不容易把釘子 釘進(jìn)去但在鋪地磚時(shí)，需要較小的作用力，否則容 易把地磚敲碎，因此鋪地磚時(shí)用橡皮錘，不用鐵錘 點(diǎn)撥： 根據(jù)動(dòng)量定理，利用對(duì)作用時(shí)間的調(diào)整來(lái) 控制作用力的大小 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 【 例 】 一個(gè)質(zhì)量為 0.18kg的壘球，以 25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊 后，反向水平飛回

12、，速度的大小為 45m/s。 設(shè)球棒與壘球的作用時(shí)間為 0.01s，球棒 對(duì)壘球的平均作用力有多大？ 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 【 例 】 一質(zhì)量為 100g的小球從 0.8m高處自由下 落到一個(gè)沙坑里，若從小球接觸沙坑到小球陷 至最低點(diǎn)經(jīng)歷了 0.2s，則這段時(shí)間內(nèi)沙坑對(duì)小 球的平均作用力為多少 ? （ g取 10m/s2，不計(jì)空氣阻力） 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 應(yīng)用動(dòng)量定理解題的步驟： 1、 確定研究對(duì)象。 2、 進(jìn)行受力分析，確定全部外力及作用時(shí)間 3、 找出物體的初末狀態(tài)并確定相應(yīng)的動(dòng)量。 4、 選正方向并給每個(gè)力的沖量和初末狀態(tài)動(dòng) 量帶上正負(fù)號(hào)，以表示和

13、正方向同向或反向。 5、 根據(jù)動(dòng)量定理列方程求解。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 P3討論與交流 是美國(guó) 科學(xué)與發(fā)明 雜志于本世紀(jì) 30年 代提出來(lái)的： “ 如果你左手握住一只雞蛋 不動(dòng)，右手拿一只雞蛋去撞它（兩只雞蛋 一樣堅(jiān)硬，而且都是用同一部分互相碰 撞）。問(wèn)哪一只雞蛋更容易撞破？ ” 這 道智力測(cè)驗(yàn)題見報(bào)以后，編輯部收到讀者 來(lái)信堆積如山，答案五花八門。 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 美國(guó)公布的答案是：被撞破的雞蛋多半是“運(yùn) 動(dòng)著的蛋”，即去撞的那一只。 解釋是：“雞蛋殼的形狀是曲面的，在碰撞時(shí) 對(duì)那只不動(dòng)的雞蛋所加的壓力，是作用在蛋殼 外面的。蛋殼像一切拱形的物體一

14、樣，很能承 受住從外面來(lái)的壓力（外撞力），但是，作用 在運(yùn)動(dòng)著的蛋上的力，情形就完全兩樣了，運(yùn) 動(dòng)著的蛋黃和蛋白，在碰撞的那一霎那，要從 內(nèi)部壓向蛋殼。而拱形的物體抗受這種壓力（ 內(nèi)撞力）的能力是比抗受外來(lái)壓力的能力（外 撞力）要低得多的，因此蛋殼就破碎了。” 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 前蘇聯(lián)的答案是：兩只雞蛋被撞破的概率一樣 。 解釋是： “ 想用論斷來(lái)確定互撞的兩只雞蛋哪一只應(yīng) 該被撞破 ， 根本是不可能的 ， 因?yàn)樵谌プ埠捅蛔驳碾u 蛋之間 ， 并沒(méi)有什么區(qū)別 。 我們不應(yīng)該強(qiáng)調(diào)去撞的蛋 是在運(yùn)動(dòng) ， 而被撞的蛋是不動(dòng)的 。 ”“ 說(shuō)物體運(yùn)動(dòng)而 不指出是跟哪一個(gè)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

15、 ， 那等于是一句廢 話 。 單獨(dú)拿一個(gè)物體來(lái)說(shuō)是無(wú)所謂運(yùn)動(dòng)的；要運(yùn)動(dòng) ， 至少要有兩個(gè)物體 相互接近或遠(yuǎn)離 。 剛才那一對(duì) 互撞的雞蛋都是在相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之下的：它們?cè)诨?相接近 關(guān)于它們的運(yùn)動(dòng) ， 我們能說(shuō)的只有這些 。 至于碰撞的結(jié)果 ， 卻不因?yàn)槲覀兿矚g把哪一只當(dāng)作不 動(dòng)的哪一只當(dāng)作在運(yùn)動(dòng)著的而有所不同 。 ” 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 上面這兩種不同的解釋哪一個(gè)更令你滿意呢？ 我們以為還是后者更有說(shuō)服力。因?yàn)?，按照日常?活中的打蛋方法，兩只雞蛋互相接近的速度并不快 ，故完全符合 300多年前伽利略首先提出的“勻速 運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性”原理，也就是說(shuō)，這兩只蛋 的運(yùn)動(dòng)狀

16、態(tài)無(wú)任何區(qū)別，因而“哪一只蛋會(huì)被撞破 ”，對(duì)它們來(lái)說(shuō)概率應(yīng)當(dāng)是相等的。你若是不信， 不妨一試，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果定會(huì)令你滿意。 據(jù)說(shuō)有一個(gè)名叫伊凡洛夫的倔老頭為了證明他的觀 點(diǎn) 被撞的那一只更容易破，竟然先后打破 500 只雞蛋！ 第一節(jié) 物體的碰撞 第一節(jié) 物體的碰撞 研究撞蛋問(wèn)題很有現(xiàn)實(shí)意義： 因?yàn)樵诮煌ㄊ鹿手腥四X 的損傷狀態(tài)，與那只“運(yùn)動(dòng)著的蛋”頗為相似：若將 人的頭顱比雞蛋，則顱骨就像蛋殼，腦漿就像蛋清， 腦髓就像蛋黃。一旦頭部受到強(qiáng)烈沖擊，腦髓就要撞 擊頭蓋骨內(nèi)側(cè)，因此很容易引起腦震蕩或者腦血沖； 即使顱骨不破裂，腦髓也會(huì)受到損傷。一些騎摩托車 的人以為只要戴上安全頭盔，腦袋就不會(huì)受損傷了。 然而，據(jù)推算當(dāng)車速超過(guò) 20公里 /小時(shí)，一旦撞車，即 使頭盔完好無(wú)損，強(qiáng)大的慣性也會(huì)使乘員腦袋突然前 傾而遭受激烈振蕩，在振蕩的瞬間（僅千分之幾秒） ，頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度將超過(guò) 1600轉(zhuǎn) /秒 而引起腦震蕩 。