第一节 物体的碰撞
1.知道历史上对碰撞问题的研究和生活中的各种碰撞现象． 2.理解碰撞的特
点，明确正碰和斜碰的含义．
3．理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的含义．
一、历史上对碰撞问题的研究
1．最早发表有关碰撞问题研究成果的是物理学教授马尔西．
2．近代，由于加速器技术和探测技术的发展，通过高能粒子的碰撞，实验物理学家相继发现了许多新粒子．
二、生活中的各种碰撞现象
物体间碰撞的形式多种多样．若两个小球的碰撞，作用前后沿同一直线运动，这样的碰撞称为正碰；若两个小球的碰撞，作用前后不沿同一直线运动，则称为斜碰．
三、弹性碰撞和非弹性碰撞
1．弹性碰撞：任何两个小球碰撞时都会发生形变，若两个小球碰撞后形变能完全恢复，则没有能量损失，碰撞前后两个小球构成的系统的动能相等，我们称这种碰撞为弹性碰撞．
2．非弹性碰撞：若两个球碰撞后它们的形变不能完全恢复原状，这时将有一部分动能最终会转变为其他形式的能(如热能)，碰撞前后系统的动能不再相等，我们称这种碰撞为非弹性碰撞．
自然界中，多数的碰撞实际上都属于非弹性碰撞．
3．完全非弹性碰撞：如果碰撞后完全不反弹，比如湿纸或一滴油灰，落地后完全粘在地上，这种碰撞则是完全非弹性碰撞．
碰撞是如何分类的？
提示：按碰撞过程中机械能是否损失，可分为弹性碰撞和非弹性碰撞；按碰撞前后，物体的速度方向是否沿同一直线可将碰撞分为正碰和斜碰．
探究碰撞的特点及形式
1．碰撞的特点
(1)相互作用力为变力，作用时间短，作用力很大，且远远大于系统所受的外力． (2)根据能的转化和守恒可知：在碰撞过程中，系统的总动能是不可能增加的．
(3)由于碰撞作用时间很短，因此作用过程中物体的位移很小，一般可忽略不计，可以认为物体在相互作用前的瞬间位置以新的速度开始运动．
2．碰撞的形式
(1)正碰：两物体碰撞前的相对速度沿着连心线方向，即碰撞前后两物体的速度方向在同一条直线上．
(2)斜碰：两物体碰撞前的相对速度不在连心线上，即碰撞前后两物体的速度方向不在同一条直线上．
3．弹性碰撞和非弹性碰撞
(1)弹性碰撞：如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞．弹性碰撞过程
一般可分为两个阶段，即压缩阶段和恢复阶段．弹性碰撞两物体的动能之和完全没有损失，可表示为：
12121212m1v10＋m2v20＝m1v1＋m2v2. 2222
(2)非弹性碰撞：如果碰撞过程中机械能不守恒．这样的碰撞叫做非弹性碰撞．非弹性121212
碰撞两物体的动能之和减小，一部分动能最终会转变为热能．可表示为m1v10＋m2v20>m1v1＋
22212
m2v2.如果碰后两物体结合在一起，以相同的速度运动，这样的碰撞叫做完全非弹性碰撞，2
121212
可表示为m1v10＋m2v20>(m1＋m2)v，这样的碰撞是系统动能损失最多的一种碰撞．
222 (多选)两物体碰撞后速度大小相等，方向相反，则两物体的碰撞可能属于( ) A．完全非弹性碰撞 B．弹性碰撞 C．非弹性碰撞 D．都有可能
[思路点拨] 碰撞结束后形变的恢复情况对应着不同的能量转化关系，决定着碰撞的类型．
[解析] 碰撞后两物体虽然速度大小相等，但方向相反，所以肯定不是完全非弹性碰撞，由于不明确碰撞前后的能量关系，则两物体的碰撞可能是非弹性碰撞，也可能是弹性碰撞．
[答案] BC
在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们排成一条直线，2、3小
球静止并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图所示．设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )
A．v1＝v2＝v3＝
13
v0
12
B．v1＝0，v2＝v3＝v0
1
C．v1＝0，v2＝v3＝v0
2
D．v1＝v2＝0，v3＝v0
解析：选D.由弹性碰撞的规律可知，当两球质量相等时，碰撞时两球交换速度．先球1与球2碰，再球2与球3碰，故选D.
对碰撞的理解
碰撞是物体间常见的一种相互作用形式，碰撞过程中由于可能有机械能转化为其他形式的能(如转化为系统的内能)，所以碰后系统的机械能不大于碰前系统的机械能，这是碰撞所必须遵循的规律，根据能量关系可知：
(1)当两物体碰后分开运动时，机械能可能损失(非弹性碰撞)，也可能不损失(弹性碰撞)．
(2)当碰后两物体以相同速度一起运动时，能量必然有损失，且系统机械能损失最大，为完全非弹性碰撞．
钢球A以一定的速度沿光滑水平面向静止于前面的另一相同大小的钢球B运动，
下列对两球相互作用过程说法正确的是( )
A．两球相互作用的过程始终没有动能的损失 B．钢球A减速运动时，系统动能不变 C．两球速度相等的瞬间，系统动能最小 D．两球速度相等的瞬间，系统动能不变
[思路点拨] 两球相互作用过程中，存在动能和弹性势能的相互转化，且两球速度相等的瞬间，动能的减少量最大．
[解析] 两球相互作用过程中由于存在相互作用的弹力，两球均发生形变，有弹性势能，系统动能有损失，两球速度相等瞬间，系统动能损失最大，弹性势能最大．
[答案] C
【通关练习】
1．(多选)两个物体发生碰撞( ) A．碰撞中一定产生了内能
B．碰撞过程中，组成系统的动能可能不变 C．碰撞过程中，系统的总动能不可能增大 D．碰撞过程中，系统的总动能可能减小
解析：选BCD.若两物体发生弹性碰撞，系统的总动能不变；若发生的是非弹性碰撞，系统的总动能会减小，但无论如何，总动能不会增加．所以正确选项为B、C、D.
2.(多选)如图所示，B物体与弹簧相连接，放在光滑水平面上，现给物体A一个向右的初速度，则A、B相对运动过程中，下列说法不正确的是( )
A．当弹簧压缩量最大时，两物体有相同的速度
B．当弹簧压缩量最大时，A物体速度大于B物体速度 C．当弹簧再次恢复原长时，此过程可视为弹性碰撞 D．在任何时候，两物体相互作用过程均可视为弹性碰撞
解析：选BD.当弹簧压缩量最大时，弹簧有最大的弹性势能，即A、B系统损失的机械能最大，此过程可视为完全非弹性碰撞；当弹簧再次恢复原长时，无弹性势能，A、B系统机械能无损失，此过程可视为弹性碰撞；当弹簧处于压缩状态时，有弹性势能，A、B系统机械能有损失，此过程可视为非弹性碰撞．
(1)在理想情况下，物体碰撞后，物体间的形变能够恢复，且在碰撞过程中不发热、不发声，没有动能损失，这种碰撞称为弹性碰撞．真正的弹性碰撞只在分子、原子以及更小的微粒之间才会出现，生活中，硬质木球或钢球发生碰撞时，动能的损失很小，可以忽略不计，通常也将它们的碰撞看成弹性碰撞．
(2)弹性碰撞中，相互作用的两物体间的形变在碰撞结束后能够完全恢复，且在碰撞过程中没有转化为其他形式的能量．
(3)能量关系是碰撞现象必须遵循的规律之一，即碰撞后系统的总动能不能大于碰撞前系统的总动能，这也是我们判断碰撞现象是否符合实际的依据．对于弹性碰撞，碰撞后系统动能和碰撞前系统动能相等，这是弹性碰撞所遵循的能量关系，也是我们判断碰撞形式的基本依据．
(4)弹簧处于不同状态时，对应的碰撞类型不同，当弹簧有形变量时，为非弹性碰撞；当弹簧形变量再次为零时，此过程为弹性碰撞．
[随堂检测]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．人类很早就开始了对碰撞的研究，为动量守恒定律的得出奠定了基础 B．人类对碰撞的研究始于发现了动量守恒定律之后 C．碰撞是一种常见的相互作用形式
D．碰撞发生后，两物体一定在同一直线上运动
解析：选AC.人类早在17世纪中叶就对碰撞现象开始了研究，碰撞现象是物体间的直接相互作用．
2．(多选)碰撞现象的主要特点有( ) A．物体相互作用时间短 B．物体相互作用力为恒力 C．物体相互作用力为变力
D．物体间相互作用力远大于外力
解析：选ACD.碰撞过程发生的作用时间很短，作用力是变力且很大，远大于物体受到的外力，与物体作用前及作用后的速度大小无关．
3．(多选)对于碰撞现象，下列说法正确的是( ) A．碰撞前后，两物体的速度方向必须共线 B．碰撞前后，两物体的速度方向可以不共线 C．碰撞时的相互作用时间一般很短 D．碰撞时的相互作用时间一般很长
解析：选BC.两物体发生正碰时，碰撞前后速度共线，当两物体发生斜碰时，碰撞前后速度可以不共线，碰撞的特点之一是相互作用时间短．
4．(多选)在教材“实验与探究”中的实验中，下列说法正确的是( ) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球以便较准确计算小球碰前的速度 C．两小球必须都是刚性球，且质量相同 D．两小球碰后可以合在一起共同运动
解析：选ABD.两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以选项A正确．由于计算碰撞前速度时速度为零便于观察和操作，所以选项B正确．本实验对小球的性能无要求，选项C错误．两球正碰后，有各种运动情况，所以选项D正确．
5.如图所示，在离地面3h的平台边缘有一质量为2m的小球A，在其上方悬挂着一个质量为m的摆球B，当球B从离平台3h高处由静止释放到达最低点时，恰与A发生正碰，使A球水平抛出，已知碰后A着地点距抛出点的水平距离为3h，B偏离的最大高度为h，试求碰后两球的速度大小，并判断碰撞属于何种碰撞．
解析：碰后对B球由机械能守恒可知
12
mgh＝mv22gh. 2，则v2＝12
对A球：3h＝gt，v1t＝3h，解得v1＝
2碰前对B球根据机械能守恒定律可得
12
3gh. 2
mg×3h＝×mv26gh. 0，解得v0＝则碰撞过程中动能的损失为 1212112
ΔEk＝mv0－mv2－×2mv1＝mgh
2222所以两球的碰撞为非弹性碰撞． 答案：
3
gh 2
2gh 非弹性碰撞
[课时作业]
一、单项选择题
1．下列关于碰撞的理解正确的是( )
A．碰撞是指相对运动的物体相遇时，在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程
B．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能守恒 C．如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞
D．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
解析：选A.碰撞是十分普遍的现象，它是相对运动的物体相遇时发生的一种现象．一般内力远大于外力. 如果碰撞中机械能守恒，就叫做弹性碰撞．微观粒子的相互作用同样具有短时间内发生强大内力作用的特点，所以仍然是碰撞．
2．下列属于弹性碰撞的是( ) A．钢球A与钢球B B．钢球A与橡皮泥球B C．橡皮泥球A与橡皮泥球B D．木球A与钢球B
解析：选A.钢球A与钢球B发生碰撞，形变能够完全恢复，属于弹性碰撞，A对；钢球A与橡皮泥球B、橡皮泥球A与橡皮泥球B碰撞，形变不能恢复，即碰后粘在一起，是完全非弹性碰撞，B、C错；木球A与钢球B碰撞，形变不能够完全恢复，属于非弹性碰撞，D错．
3．下列说法正确的是( ) A．两小球正碰就是从正面碰撞 B．两小球斜碰就是从侧面碰撞 C．两小球正碰就是对心碰撞 D．以上说法都不对
解析：选C.两小球碰撞时的速度沿着球心连线方向，称为正碰，即对心碰撞；两小球碰前的相对速度不在球心连线上，称为斜碰，即非对心碰撞．
4．两物体发生碰撞后分开，各自以不同的速度运动，则下列说法正确的是( ) A．此碰撞过程一定无机械能的损失 B．此碰撞过程可能无机械能的损失 C．此碰撞过程一定有机械能的损失 D．以上说法都不对
解析：选B.两物体发生碰撞后分开，各自以不同速度运动，则两物体的碰撞必定属于
2020学年高中物理第一章碰撞与动量守恒第一节物体的碰撞学案粤教版选修3_5
