定义 根据碰撞前后系统动能是否守恒,将碰撞分为弹性、非弹性和完全非弹性三类。
从哪来 基于 5.1 动量与动能公式 和 5.3 碰后速度关系,结合 7.3 碰撞问题 中的能量转化规律推导得出。
为什么 碰撞过程中系统内力远大于外力,动量必然守恒(7.2 系统动量守恒)。但内力做功情况不同:若内力为保守力(如理想弹簧),机械能无损失,动能守恒,为弹性碰撞;若存在摩擦、形变生热等非保守力做功,部分动能转化为内能,动能不守恒,为非弹性碰撞;若碰后两物体粘在一起,相对速度为零,此时动能损失最大,为完全非弹性碰撞。本质区别在于机械能是否守恒及碰后相对速度。
适合:形象思维强、喜欢直观演示的学生**
**类比法:台球与泥巴**
1. **弹性碰撞
像两个光滑的玻璃球相撞,声音清脆,分开后各自飞走,总动能几乎不变。
2.
非弹性碰撞:像两个橡胶球相撞,声音沉闷,分开后速度变慢,一部分能量变成了热和形变。
3.
完全非弹性碰撞:像两块湿泥巴撞在一起,粘成一团一起运动。此时它们“放弃”了相对运动,动能损失最大。
*核心口诀*:弹性能量全保留,非弹部分变内能,完全非弹粘一起,动能损失最惨重。
讲法
适合:逻辑严密、擅长数学推导的学生
公式推导法:从动量守恒到能量关系
设两物体质量 $m_1, m_2$,初速 $v_1, v_2$,末速 $v_1', v_2'$。
1.
动量守恒(通用):$m_1v_1 + m_2v_2 = m_1v_1' + m_2v_2'$
2.
弹性碰撞(额外条件):$\frac{1}{2}m_1v_1^2 + \frac{1}{2}m_2v_2^2 = \frac{1}{2}m_1v_1'^2 + \frac{1}{2}m_2v_2'^2$
*推论*:联立可得 $v_1 - v_2 = v_2' - v_1'$(接近速度等于分离速度)。
3.
完全非弹性碰撞(额外条件):$v_1' = v_2' = v_{共}$
*推论*:代入动量守恒式可直接求共速,此时 $\Delta E_k$ 最大。
*核心逻辑*:动量守恒是“骨架”,动能关系是“肌肉”,分类取决于肌肉是否受损(能量损失)。
讲法
适合:容易混淆概念、需要记忆技巧的学生
特征对比法:看“粘不粘”和“损不损”
制作一张对比表,让学生填空:
| 类型 | 碰后状态 | 动能变化 | 典型例子 |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| 弹性 | 分开 | 守恒 ($\Delta E_k=0$) | 理想气体分子、台球 |
| 非弹性 | 分开 | 不守恒 ($\Delta E_k<0$) | 汽车碰撞、子弹打穿木块 |
| 完全非弹性 |
粘在一起 |
损失最大 | 子弹嵌入木块、人跳上船 |
*记忆锚点*:只要看到“粘在一起”、“共同速度”,立刻锁定
完全非弹性碰撞,这是解题最快的突破口。