《(人教版) 高中物理选修3-5 课时训练1 实验探究碰撞中的不变量 (1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(人教版) 高中物理选修3-5 课时训练1 实验探究碰撞中的不变量 (1)（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第 1 页课时训练 1实验:探究碰撞中的不变量一、非标准1.如图所示,球 m1 从斜槽某一高度由静止滚下,落到水平面上的 P 点。今在槽口末端放一与 m1 半径相同的球 m2,仍让球 m1 从斜槽滚下,并与球 m2 正碰后使两球落地,球 m1 和 m2 的落地点分别是 M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为 O 点。则实验必须满足的条件是()A.轨道末端的切线必须是水平的B.斜槽轨道必须光滑C.m1=m2D.m1m2答案:A解析:轨道末端水平可以保证小球做平抛运动,故 A 项正确。斜槽是否光滑对实验几乎无影响,但质量 m1应大于 m2,否则入射球会反弹,从而引起较大的误差,故 B、C、D
2、项错误。2.(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,哪些因素可导致实验误差偏大()A.导轨安放不水平 B.小车上挡光板倾斜C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起答案:AB解析:导轨不水平,小车速度将会受重力影响; 挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移,导致速度计算出现误差。3.“探究碰撞中的不变量” 的实验中 ,入射小球 m1=15 g,原来静止的被碰小球 m2=10 g,由实验测得它们在碰撞前后的 x t 图象如图所示,可知入射小球碰撞前的 m1v1 是,入射小球碰撞后的 m1v1是 ,被碰小球碰撞后的 m2v2是。由此得出结论 。 答案:0.015 kgm
3、/s0.007 5 kgm/s0.007 5 kgm/s碰撞中 mv 的矢量和是守恒量解析:由 x t 图象可知,入射小球的速度 v1=1 m/s,碰后速度变为 v1=0. 5 m/s,被碰小球的速度变为 v2=0.75 m/s,故 m1v1=0.015 kgm/s,m1v1=0.007 5kgm/s,m2v2=0.007 5 kgm/s,可知,m 1v1=m1v1+m2v2,即碰撞前后 mv 的矢量和守恒。4.在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量 ”实验时,左侧滑块质量 m1=170 g,右侧滑块质量 m2=110 g,挡光片宽度为 3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起
4、 ,如图所示。开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。左、右挡光片通过光电门的时间分别为 t1=0.32 s、t 2=0.21 s。取向左为正方向,则两滑块的速度分别为 v1= m/s,v 2= m/s。烧断细线前 m1v1+m2v2= kgm/s,烧断细线后 m1v1+m2v2= kgm/s。可得到的结论是 。 第 2 页答案:0.094-0.14302.5 10-4 kgm/s在实验允许的误差范围内,两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量解析:取向左方向为正方向,两滑块速度v1= m/s0.094 m/s,v2= m/s-0.143 m/s。烧断细线前 m1v1+m2v2
5、=0烧断细线后 m1v1+m2v2=(0.1700.094-0.1100.143) kgm/s2.510-3 kgm/s,在实验允许的误差范围内,m 1v1+m2v2=m1v1+m2v2。5.在“探究碰撞中的不变量 ”的实验中 ,也可以探究 mv2 这个量(对应于动能)的变化情况。(1)若采用弓形弹片弹开静止的两滑块的方案如图甲所示,弹开后的 mv2 的总量(选填“ 大于”“小于”或“ 等于” )弹开前 mv2 的总量,这是因为。 (2)若采用乙图的方案 ,碰撞前 mv2 的总量( 选填“大于”“小于”或“ 等于”)碰后 mv2 的总量。说明该碰撞中,存在损失。 答案:(1)大于弓形弹片将弹性
6、势能转化为两滑块的动能(2)大于机械能(或动能)6.如图甲所示,在水平光滑轨道上停着 A、B 两辆实验小车,A 车上系有一穿过打点计时器的纸带。当 A车获得水平向右的速度时,随即启动打点计时器,A 车运动一段距离后 ,与静止的 B 车发生正碰并连在一起运动。纸带记录下碰撞前 A 车和碰撞后两车的运动情况 ,如图乙所示。打点计时器电源频率为 50 Hz,则碰撞前 A 车速度大小为 m/s,碰撞后的共同速度大小为 m/s。如果已知碰撞过程中 mv是不变量,则可求得 mAmB=。 答案:0.600.4021解析:由纸带上点迹位置可知,前两段间隔均为 1.20 cm,最后两段间隔均为 0.80 cm,
7、故小车均做匀速运动,碰前速度 v= m/s=0.60 m/s,碰后速度 v= m/s=0.40 m/s。因 mAv=(mA+mB)v,故 mAmB=21。7.某同学把两块质量不同的铁块用细线连接,中间夹一被压缩了的弹簧,如图所示。将这一系统置于光滑水平桌面上,烧断细线,观察物体的运动情况,进行必要的测量,来探究物体间相互作用时的不变量。(1)该同学还必须准备的器材是 。 (2)需要直接测量的数据是 。 (3)用所得数据验证物体间相互作用时的不变量的关系式是。 答案:(1)刻度尺、天平(2)两铁块的质量 m1、m 2 和两铁块落地点到桌边的水平距离 x1、x 2(3)m1x1=m2x2 第 3
8、页解析:本题为设计性实验,在细线烧断瞬间,在弹簧弹力的作用下两铁块 m1、m 2 分别被弹出桌面做平抛运动,抛出时速度不易直接测量,但可以测量两铁块落点距抛出点的水平距离,故实验器材应有刻度尺、天平。设落地时间为 t,用天平测出两铁块质量分别为 m1、m 2,用刻度尺测出落点距抛出点的水平距离分别为 x1、x 2,则 m1v1=m1,m2v2=m2,若能求得 m1x1=m2x2 即推知 m1v1=m2v2 的等量关系。8.如图所示,用“碰撞实验器 ”可以验证动量守恒定律 ,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通过仅测量(
9、填选项前的符号),间接地解决这个问题。 A.小球开始释放时高度 hB.小球抛出点距地面的高度 HC.小球做平抛运动的射程(2)上图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球 m1 多次从斜轨上 S 位置静止释放,找到其平均落地点的位置 P,测量平抛射程 OP。然后,把被碰小球 m2 静置于轨道的水平部分,再将入射球 m1 从斜轨上 S 位置静止释放,与小球 m2 相碰,并多次重复。接下来要完成的必要步骤是。(填选项前的符号) A.用天平测量两个小球的质量 m1、m 2B.测量小球 m1 开始释放时高度 hC.测量抛出点距地面的高度 HD.分别找到 m1、m 2 相碰后平均落地
10、点的位置 M、NE.测量平抛射程 OM,ON(3)若两球相碰前后的动量守恒 ,其表达式可表示为(用(2)中测量的量表示)。 (4)经测定,m 1=45. 0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距 O 点的距离如图所示。碰撞前、后 m1 的动量分别为 p1 与 p1,则 p1p1=11; 若碰撞结束时 m2 的动量为 p2,则 p1p2=11。 实验结果说明,碰撞前、后总动量的比值为。 (5)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(4) 中已知的数据,分析和计算出被碰小球 m2 平抛运动射程 ON 的最大值为cm。 答案:(
11、1)C(2)ADE 或 DEA 或 DAE(3)m1OM+m2ON=m1OP(4)142.91.01(5)76.8解析:(1)小球离开轨道后做平抛运动,由 H=gt2 知 t=,即小球的下落时间一定,则初速度 v=可用平抛运动的水平射程来表示,选项 C 正确。 第 4 页(2)本实验要验证的是 m1OM+ m2ON=m1OP,因此要测量两个小球的质量 m1 和 m2 以及它们的水平射程 OM 和 ON,而要确定水平射程 ,应先分别确定两个小球落地的平均落点,没有必要测量小球 m1开始释放的高度 h 和抛出点距地面的高度 H。故应完成的步骤是 ADE 或 DEA 或 DAE。(3)若动量守恒,应
12、有 m1v1+ m2v2=m1v0(v0 是 m1 单独下落时离开轨道时的速度,v 1、v 2 是两球碰后 m1、m 2 离开轨道时的速度),又 v=,则有 m1+m2=m1,即 m1OM+m2ON=m1OP。(4)碰前 m1 的动量 p1=m1v0=m1,碰后 m1 的动量 p1=m1v1=m1,则 p1p1=OPOM=1411;碰后 m2 的动量 p2=m2v2=m2,所以 p1p2=m1OMm2ON=112.9;碰撞前、后总动量的比值=1.01。(5)仅更换两个小球的材质时 ,碰撞中系统机械能的损失会发生变化,当碰撞为弹性碰撞时,被碰小球获得的速度最大,平抛运动的射程就越大。由 m1OM+ m2ON= m1OP 和 m1OM2+ m2ON2=m1OP2 可得 ON=OP,代入数据可得 ON=76.8 cm。
