2019-2020年高中物理 第16章 第1節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量練習(xí) 新人教版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第16章 第1節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量練習(xí) 新人教版選修3-51一維碰撞(1)一維碰撞：兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一條直線運動，這樣的碰撞叫作一維碰撞(2)一維碰撞中速度(矢量)方向的表示方法在一維碰撞問題中，先規(guī)定物體運動速度的某一方向為正方向，如果某物體速度方向與規(guī)定的正方向一致，則該物體速度取正值，如果某物體速度方向與規(guī)定的方向相反，則該物體速度取負(fù)值2實驗案例相關(guān)知識(1)氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊的碰撞是一維碰撞，它與光電計時器的配合使用可以迅速測量出兩個滑塊碰前、碰后的速度：若滑塊上擋光條的寬度為d，滑塊通過某處光電計時器的擋光時間為t，則滑塊通過該處的速度v(2)若將一小球用長l的細(xì)線懸掛起來，并拉起一個與豎直方向成的夾角，無初速釋放后，小球到達(dá)最低處的速度v(3)打點計時器打出的紙帶能記錄運動物體在不同時刻的位移，通過分析紙帶上所打點的變化特征可確定物體的運動狀態(tài)若所打各點均勻分布，可以判斷物體做勻速直線運動，若知道打點計時器的頻率和紙帶上各相鄰點間的距離，便可求出物體運動的速度1(多選)在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量的實驗中，哪些因素可導(dǎo)致實驗誤差(AB)A導(dǎo)軌水平安放 B小車上擋光板傾斜C兩小車質(zhì)量不相等 D兩小車碰后連在一起解析：導(dǎo)軌不水平，小車速度將受重力的影響，從而導(dǎo)致實驗誤差，故A正確；擋光板傾斜會導(dǎo)致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移，使計算速度出現(xiàn)誤差；故B正確；兩小車質(zhì)量不相等，系統(tǒng)碰撞前后動量仍然守恒，故不會導(dǎo)致實驗誤差，故C錯誤；兩小車碰后連在一起是完全非彈性碰撞，系統(tǒng)碰撞前后動量仍然守恒，故不會導(dǎo)致實驗誤差，故D錯誤2利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗時，不需要測量的物理量是(D)A滑塊的質(zhì)量 B擋光時間C擋光片的寬度 D滑塊移動的距離解析：根據(jù)實驗原理可知，滑塊的質(zhì)量、擋光時間、擋光片的寬度都是需要測量的物理量，其中滑塊的質(zhì)量用天平測量，擋光時間用光電計時器測量，擋光片的寬度可事先用刻度尺測量；只有滑塊移動的距離不需要測量，故選項D正確3在探究碰撞中的不變量時，采用如圖所示的實驗裝置，儀器按要求安裝好后開始實驗，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接靜止放在斜槽末端的水平部分，在白紙上記錄重錘位置和各小球落點的平均位置依次為O、A、B、C，則下列說法中正確的是(D)A第一、二次入射小球的落點依次是A、BB第一、二次入射小球的落點依次是C、BC第二次入射小球和被碰小球?qū)⑼瑫r落地D第二次入射小球和被碰小球不會同時落地解析：最遠(yuǎn)的C點一定是被碰小球的落點，碰后入射小球的速度將減小，因此A、B均錯誤；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飛出后入射小球才可能從斜槽末端飛出，兩小球不可能同時落地，C錯，D對4(多選)某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞中不變量的實驗：在小車A的前端黏有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體，繼續(xù)做勻速運動，他設(shè)計的裝置如圖所示在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片則(AB)A長木板墊著小木片是為了平衡摩擦，保證小車碰撞前后做勻速運動B實驗過程中應(yīng)先接通電源，再讓小車A運動C計算碰撞前后小車的速度時，在紙帶上任選對應(yīng)過程的一段即可D此碰撞中A、B兩小車這一系統(tǒng)的機械能守恒解析：用小木片將長木板一端墊起的目的是平衡摩擦力5.(多選)用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量時，必須注意的事項是(BC)AA到達(dá)最低點時，兩球的球心連線可以不水平BA到達(dá)最低點時，兩球的球心連線要水平C多次測量減小誤差時，A球必須從同一高度下落D多次測量減小誤差時，A球必須從不同高度下落解析：要保證一維對心碰撞，必須在碰撞時球心在同一高度；多次測量求平均值，必須保證過程的重復(fù)性，A球必須從同一高度下落6(多選)在“探究碰撞中的不變量”實驗中，對于最終的結(jié)論m1v1m2v2m1v1m2v2，下列說法正確的是(AD)A僅限于一維碰撞B任何情況下m1v21m2v22m1v12m2v22也一定成立C式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小D式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的質(zhì)量與速度乘積之和解析：這個實驗是在一維情況下設(shè)計的實驗，其他情況未做探究；系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前后為不變量是實驗的結(jié)論，其他探究的結(jié)論情況不成立，而速度是矢量，應(yīng)考慮方向故選項A、D正確7在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，下面是某實驗小組選用水平氣墊導(dǎo)軌、光電門的測量裝置來研究兩個滑塊碰撞過程中系統(tǒng)動量的變化情況實驗儀器如圖所示實驗過程：(1)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，并使光電計時器系統(tǒng)正常工作(2)在滑塊1上裝上擋光片并測出其長度L.(3)在滑塊2的碰撞端面粘上橡皮泥(或雙面膠紙)(4)用天平測出滑塊1和滑塊2的質(zhì)量m1、m2.(5)把滑塊1和滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌上，讓滑塊2處于靜止?fàn)顟B(tài)(v20)，用滑塊1以初速度v1與之碰撞(這時光電計時器系統(tǒng)自動計算時間)，撞后兩者粘在一起，分別記下滑塊1的擋光片碰前通過光電門的遮光時間t1和碰后通過光電門的遮光時間t2.(6)先根據(jù)v計算滑塊1碰撞前的速度v1及碰后兩者的共同速度v；再計算兩滑塊碰撞前后的質(zhì)量與速度乘積，并比較兩滑塊碰撞前后的質(zhì)量與速度乘積之和實驗數(shù)據(jù)：m10.324 kg，m20.181 kg，L1.00103 m解析：先分清碰前與碰后的狀態(tài)量，再代入數(shù)據(jù)計算答案：8.某同學(xué)把兩個大小不同的物體用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮的彈簧，如圖所示，將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細(xì)線，觀察物體的運動情況，進行必要的測量，探究物體間相互作用時的不變量(1)該同學(xué)還必須有的器材是_；(2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是_；(3)根據(jù)課堂探究的不變量，本實驗中表示碰撞前后不變量的表達(dá)式應(yīng)為_.解析：木塊離開桌面后做平拋運動，取右邊木塊的初速度方向為正方向，設(shè)兩木塊質(zhì)量和平拋初速度分別為：m1、m2，v1、v2，平拋運動的水平位移分別為s1、s2，平拋運動的時間為t.需要驗證的方程：0m1v1m2v2，其中：v1，v2，代入得到m1s1m2s2，故需要測量兩木塊的質(zhì)量m1和m2，兩木塊落地點到桌面邊緣的水平距離s1、s2，需要的器材為刻度尺、天平答案：(1)刻度尺天平(2)兩木塊的質(zhì)量m1、m2兩木塊落地點分別到桌子兩側(cè)邊的水平距離s1、s2(3)m1s1m2s29“探究碰撞中的不變量”的實驗中，入射小球m115 g，原來靜止的被碰小球m210 g，由實驗測得它們在碰撞前后的xt圖象如圖所示，由圖可知，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_由此得出結(jié)論：_.解析：由圖象可知，碰前入射小球的速度：v1 m/s1 m/s，碰后入射球的速度：v1 m/s0.5 m/s，被碰球碰后的速度：v2m/s0.75 m/s，入射球碰前的動量：pm1v10.015 kgm/s，入射小球碰撞后的m1v10.007 5 kgm/s，被碰小球碰撞后的m2v20.007 5 kgm/s，碰后系統(tǒng)的總動量：pm1v1m2v20.015 kgm/s.通過計算發(fā)現(xiàn)：兩小球碰撞前后的動量相等，即：碰撞中mv的矢量和是守恒的量答案：0.015 kgm/s0.007 5 kgm/s0007 5 kgm/s碰撞中mv的矢量和是守恒的量10用圖示裝置研究碰撞中的不變量，氣墊導(dǎo)軌水平放置，擋光板寬度9.0 mm，兩滑塊被彈簧彈開后，左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器，記錄時間為0.040 s，右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器，記錄時間為0.060 s，左側(cè)滑塊質(zhì)量100 g，左側(cè)滑塊m1v1大小_ gm/s，右側(cè)滑塊質(zhì)量149 g，兩滑塊質(zhì)量與速度乘積的矢量和m1v1m2v2_ gm/s.解析：左側(cè)滑塊的速度為：v10.225 m/s，則左側(cè)滑塊m1v1100 g0.225 m/s22.5 gm/s；右側(cè)滑塊的速度為：v2 m/s0.15 m/s，則右側(cè)滑塊m2v2149 g(0.15 m/s)22.4 gm/s.可見在誤差允許的范圍內(nèi)兩滑塊m1v1 m2v20.答案：22.5011某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的a、b兩球的碰撞來探究碰撞中的不變量實驗時把無摩擦可轉(zhuǎn)動支架Q放下，先使a球從斜槽上某一固定位置P由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡再把支架Q豎起，放上b球，讓a球仍從位置P由靜止開始滾下，到達(dá)水平槽末端時和b球碰撞，a、b分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)這種操作10次圖中O點是水平槽末端點在記錄紙上的垂直投影點，O為支架上b球球心在記錄紙上的垂直投影點(1)碰撞后b球的水平射程應(yīng)取圖中_段(2)在以下選項中，屬于本次實驗必須進行的測量是_(填選項字母)A支架上未放b球時，測量a球落點位置到O點的距離Ba球與b球碰撞后，測量兩球落點位置到O點(或O點)的距離C測量a球或b球的直徑D測量a球和b球的質(zhì)量M和NE測量P點相對于水平槽面的高度(3)實驗中若某同學(xué)測量了小球直徑，使用螺旋測微器所得的結(jié)果如圖乙所示，則球的直徑D_ cm.(4)結(jié)合課堂實驗結(jié)論，按照本實驗方法，探究不變量的表達(dá)式應(yīng)是：_.(用(2)中和圖甲中的字母表示)解析：(1)a與b相撞后，B的速度增大，a的速度減小，碰前碰后都做平拋運動，高度相同，落地時間相同，所以B點是沒有碰時a球的落地點，C是碰后b的落地點，A是碰后a的落地點，所以碰撞后b球的水平射程應(yīng)取圖中OC段(2)根據(jù)實驗的原理知，mAv0mAv1mBv2，即mAmAmB，可知需要測量的物理量有：水平槽上未放b球時，a球落點位置到O點的距離；a球與b球碰撞后，a球和b球落點位置到O點的距離；a球和b球的質(zhì)量；a球或b球的直徑故A、B、C、D正確，E錯誤(3)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為10.5 mm，可動刻度讀數(shù)為：0.0140 mm0.005 mm0.405 mm，所以最終讀數(shù)為：10.5 mm0.405 mm10.905 mm1.090 5 cm.(4)兩小球從同一高度開始下落，故下落的時間相同，根據(jù)動量守恒定律可得：Mv0Mv1mv2，故有Mv0tMv1tmv2t，即MOBMOAmOC.答案：(1)OC(2)ABCD(3)1.090 5 cm(4)MOBMOAmOC12氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦，我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示，采用的實驗步驟如下：A松開手的同時，記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時計時器結(jié)束計時，記下A、B分別到達(dá)C、D的運動時間t1和t2B在A、B間水平放入一個輕彈簧，用手壓住A、B使彈簧壓縮，放置在氣墊導(dǎo)軌上，并讓它靜止在某個位置C給導(dǎo)軌送氣，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平D用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1；B的右端至D板的距離L2(1)實驗步驟的順序是：_.(2)實驗中還需要的測量儀器是：_；還需要測量的物理量是：_.(3)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達(dá)式是：_.(4)實驗中彈簧與A、B滑塊是粘連好還是不粘連好？_.理由是_解析：(1)實驗操作的順序是C、B、D、A.(2、3)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運動，根據(jù)A、B運行的距離和時間可以求出分開時的速度，根據(jù)動量守恒定律得mAvAmBvB，又vA，vB，則mAmB.知還需要測量A、B的質(zhì)量mA、mB，所需的器材是天平(4)只與A、B中的某一個粘連好，這樣把彈簧的質(zhì)量考慮進去，會減小系統(tǒng)誤差不粘連好，否則A、B可能碰不到C、D，使計時誤差大答案：(1)CBDA(2)天平A、B兩滑塊的質(zhì)量M1、M2(3)(4)不粘連好可以避免因漏記彈簧的動量而帶來較大的實驗誤差