161实验探究碰撞中的不变量习题.docx
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161实验探究碰撞中的不变量习题
16.1-实验:
探究碰撞中的不变量-习题
16.1 实验:
探究碰撞中的不变量习题
A组
1.在气垫导轨上进行实验时首先应该做的是( )
A.给气垫导轨通气
B.给光电计时器进行归零处理
C.把滑块放到导轨上
D.检查挡光片通过光电门时是否能够挡光计时
解析:
为保护气垫导轨,同时为了保证滑块与导轨间的摩擦力为零,实验时应该先给它通气。
选项A正确。
答案:
A
2.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,用到的测量工具有( )
A.停表、天平、刻度尺
B.弹簧测力计、
停表、天平
C.天平、刻度尺、光电计时器
D.停表、刻度尺、光电计时器
解析:
用天平测滑块质量,用刻度尺测挡光片的宽度。
运动时间是指挡光片通过光电门的时间,由光电计时器计时,因此不需要停表。
答案:
C
3.在做探究碰撞中的不变量实验时,实验条件是( )
A.斜槽轨道必须是光滑的
B.斜槽轨道
末端的切线是水平的
C.入射球每一次都要从同一高度由静止滚下
D.碰撞的瞬间,入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行
解析:
探究碰撞中的不变量实验,要求入射小球每次到槽口时,具有相同的速度,所以应从槽上同一位置滚下,但斜槽不需要光滑,选项A错误,选项C正确;由于碰撞前、后要求小球均做平抛运动,且抛物线在同一平面,选项B、D正确。
只有满足实验所必需的条件,所做实验才能达到预期目的。
答案:
BCD
4.质量分别为m1和m2的两个物体碰撞前后的位移—时间图象如图所示,由图有以下说法:
①碰撞前两物体质量与速度的乘积相同;②质量m1等于质量m2;③碰撞后两物体一起做匀速直线运动;④碰撞前两物体质量与速度的乘积大小相等、方向相反。
其中正确的是( )
A.①②B.
②③
C.②④D.③④
解析:
由题图可知,m1和m2碰前都做匀速直线运动,但运动方向相反,碰后两物体位置不变,即处于静止,所以碰后速度都为零,故①③错误,④正确;又由图线夹角均为θ,故碰前速度大小相等,m1等于m2,②也正确。
答案:
C
5.某同学把两块大小不同的木块用细线连接,中间夹一被压缩的弹簧,如图所示,将这一系统置于光滑的水平桌面上,烧断细线,观察物体的运动情况,进行必要的测量,验证物体间相互作用时的守恒量。
(1)该同学还必须有的器材是 、 。
(2)需要直接测量的数据是 、
。
(3)用所得数据验证守恒量的关系式为 。
解析:
两物体弹开后各自做平抛运动,根据平抛运动知识可知两物体在空中运动的时间相等。
所需验证的表达式为m1v1=m2v2,两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。
答案:
(1)刻度尺 天平
(2)两物体的质量m1、m2 两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离s1、s2
(3)m1s1=m2s2
6.某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验,来寻找碰撞前、后的守恒量:
打点计时器、低压交流电源(频率为50Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。
该同学经过以下几个步骤:
A.用天平测出小车A的质量mA=0.4kg,小车B的质量mB=0.2kg。
B.更换纸带重复操作三次。
C.小车A靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车B放在长木板中间。
D.把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源。
E.接通电源,并给A车一定初速度vA。
(1)该同学正确的实验步骤为 。
(2)打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据
完成下表。
碰撞前
碰撞后
A车
B车
AB整车
质量(kg)
速度(m/s)
mv
mv2
(3)根据以上数据猜想守恒表达式为 。
解析:
(1)该同学正确的实验步骤为ADCEB。
(2)碰撞前、后为
匀速直线运动,由
纸带上点迹分布,求出速度,碰后
小车A、B合为一体,求出小车共同速度,注意电源频率为50Hz,打点间隔为0.02s,通过计算得下表。
碰撞前
碰撞后
A车
B车
AB整车
质量(kg)
0.4
0
.2
0.6
速度(m/s)
3.0
0
2.0
7.5
0
3.3
mv
1.2
0
1.2
mv2
3.6
0
2.4
(3)由表中mv一行中数值可猜想公式为mAvA+mBvB=(mA+mB)v。
答案:
见解析
7.
在“探究碰撞中的不变量”的实验中,如图所示,若绳长为L,球A、B分别由偏角α和β静止释放,则在最低点碰撞前的速度大小分别为 、 。
若碰撞后向同一方向运动最大偏角分别为α'和β',则碰撞后两球的瞬时速度大小分别为 、 。
解析:
小球从静止释放运动到最低点的过程中,机械能守恒,对于球A有mAgL(1-cosα)=,所以vA=,同理可得vB=。
碰后小球A的速度为vA'
=,小球B的速度为vB'=。
答案:
B组
1.“探究碰撞中的不变量”的实验中,入射小球m1=15g,原来静止的被碰小球m2=10g,由实验测得它们在碰撞前后的x-t图象如图所示,由图可知,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 。
解析:
由题图可知碰撞前m1的速度大小
v1=m/s=1m/s,
故碰撞前
m1v1=0.015×1kg·m/s=0.015kg·m/s。
碰撞后m1速度大小
v1'=m/s=0.5m/s,
m2的速度大小
v2'=m/s=0.75m/s。
故m1v1'=0.015×0.5kg·m/s=0.0075kg·m/s,
m2v2'=0.01×0.75kg·m/s=0.0075kg·m/s,
可知m1v1=m1v1'+m2v2'。
答案:
0.015kg·m/s 0.0075kg·m/s 0.0075kg·m/s
碰撞中mv的矢量和是守恒的量
2.如图所示的装置中,质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,质量为mB的钢球B放在离地面高度为h的小支柱N上。
O点到A球球心的距离为l。
使悬线在A球释放前伸直,且线与竖直线的夹角为α,A球释放后摆动到最低点时恰与B球相碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直线的夹角为β处,B球落到地面上,地面上铺一张
盖有复写纸的
白纸D。
保持α角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录到多个B球的落点。
(1)图中x应是B球初始位置到 的水平距离。
(2)为了探究碰撞中的不变量,应测得 等物理量。
(3)用测得的物理量表示:
mAvA= ;mAvA'= ;mBvB'= 。
解析:
小球A在碰撞前后摆动,满足机械能守恒。
小球B在碰撞后做平抛运动,则x应为B球的平均落点到初始位置的水平距离。
要得到碰撞前后的mv,要测量mA、mB、α、β、l、h、x等,对A,由机械能守恒得
mAgl(1-cosα)=mA,
则mAvA=mA。
碰后对A,有
mAgl(1-cosβ)=mAvA'2,
则mAvA'=mA。
碰后B做平抛运动,有x=vB't,
h=gt2,所以mBvB'=mBx。
答案:
(1)B球平均落点
(2)mA、mB、α、β、l、h
、x
(3)mA mA mBx
3.某同学用如图甲装置做“探究碰撞中的不变量”实验。
先将1球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的2球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让1球仍从原固定点由静止开始滚下和2球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。
已知1球的质量大于2球的质量。
(1)本实验必须测量的物理量有 。
A.斜槽轨道末端到水平地面的高度h
B.1球、2球的质量m1、m2
C.1球、2球离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
D.记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC
E.1球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h'
(2)为测定未放被碰小球时,1球落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了1球落点的情况,由图乙可得OB距离应为 cm。
(3)由实验测得的数据,如果满足等式 ,那么我们认为在碰撞前后系统的mv是不变的。
解析:
(1)在高度差一定的情况下,平抛运动的时间一定,由v=可知,水平速度和水平射程成正比,故只需测出小球的质量及水平射程。
故选项B、D正确。
(2)由题图乙可读出,45.85~45.95cm。
(3)只要m1·OB=m1·OA+m2·OC,就可以认为碰撞前后系统的mv的矢量和是不变的。
答案:
(1)BD
(2)45.85~45.95 (3)m1·OB=m1·OA+m2·OC
4.如图所示,在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和带固定挡板的质量都是M的滑块A、B,做探究碰撞中不变量的实验:
(1)把两滑块A和B紧贴在一起,在A上放质量为m的砝码,置于导轨上,用电动卡销卡住A和B,在A和B的固定挡板间放一弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态。
(2)按下电钮使电动卡销放开,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,当A和B与挡板C和D碰撞的同时,电子计时器自动停表,记下A运动至C的时间t1,B运动至D的时间t2。
(3)重复几次,取t1、t2的平均值。
请回答以下几个问题:
①在调整气垫导轨时应注意 ;
②应测量的数据还有 ;
③作用前A、B两滑块的
速度与质量乘积之和为 ;作用后A、B两滑块的速度与质量乘积之和为 。
解析:
①为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动,必须使气垫导轨水平,需要用水平仪加以调试。
②要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度,需测出A运动至C的时间t1和B运动至D的时间t2,并且要测量出两滑块到挡板的运动距离L1和L2,再由公式v=求出其速度。
③设向左为正方向,根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA=,vB=-。
碰前两滑块静止,v=0,速度与质量乘积之和为0;碰后两滑块的速度与质量乘积之和为(M+m)-M。
答案:
①用水平仪测量并调试使得导轨水平 ②A至C的距离L1、B至D的距离L2 ③0 (M+m)-M
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