广东省广州市乐而思中心学年高二物理人教版选修35专题专测实验探究碰撞中的不变量Word文档下载推荐.docx
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测量被撞小球摆起的角度,从而算出被撞后的速度。
也可以采用粘胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。
则下列说法正确的是
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地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.两小球碰后可以粘合在一起共同运动
5.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.①②
B.②③
C.②④
D.③④
6.在用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,不需要测量的物理量是
A.滑块的质量
B.挡光的时间
C.挡光片的宽度
D.光电门的高度
7.有两个小球a、b在水平桌面上发生碰撞,在满足下列条件时能够发生一维碰撞的是
A.小球a静止,另一个小球b经过a球时刚好能擦到a球的边缘
B.小球a静止,另一个小球b沿着a、b两球球心连线去碰a球
C.相碰时,相互作用力的方向沿着球心连线
D.相碰时,相互作用力的方向与两球相碰之前的速度方向都在同一条直线上
8.在用两个小球的碰撞来验证碰撞中的不变量时,产生误差的主要原因是
A.碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向
B.小球在空气中飞行时受到空气阻力
C.通过复写纸描得的各点,不是理想的点,有一定的大小,从而带来作图上的误差
D.测量长度时有误差
二、非选择题:
共5小题。
9.某同学把两个大小不同的物体用细线连接,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,探究物体间相互作用时的不变量。
(1)该同学还必须有的器材是__________________;
(2)需要直接测量的数据是_____________________;
(3)根据课堂探究的不变量,本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为__________________。
10.某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找物体相互作用过程中的“不变量”,实验装置如图所示,实验过程如下(“+、–”表示速度方向):
实验1使m1=m2=0.25kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后两个滑块分开。
数据如表1。
表1
碰前
碰后
滑块m1
滑块m2
速度v/(m·
s–1)
+0.110
+0.108
根据这个实验可推知,在实验误差允许的范围内:
(1)碰前物体的速度________(选填“等于”或“不等于”)碰后物体的速度;
(2)碰前物体的动能________(选填“等于”或“不等于”)碰后物体的动能;
(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv。
实验2使m1=m2=0.25kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后m1、m2一起运动。
数据如表2。
表2
+0.140
+0.069
根据这个实验可推知
(1)碰前物体的速度________(选填“等于”或“不等于”)碰后物体速度的矢量和;
(2)碰前物体的动能________(选填“等于”或“不等于”)碰后物体动能的和;
(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和。
实验3使2m1=m2=0.5kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后m1、m2分开。
数据如表3。
表3
+0.120
–0.024
+0.070
根据实验数据可推知,在误差允许范围内:
(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和,还进行了其他情景的实验,最终在实验中发现的“不变量”是________。
(4)在“探究碰撞中的不变量”实验中,关于实验结论的说明,正确的是________。
A.只需找到一种情景的“不变量”即可,结论对其他情景也同样适用
B.只找到一种情景的“不变量”还不够,其他情景未必适用
C.实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变
D.进行有限次实验找到的“不变量”,具有偶然性,结论还需要检验
11.如图甲所示,在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车,甲车上系有一穿过打点计时器的纸带,当甲车获得水平向右的速度时,随即启动打点计时器,甲车运动一段距离后,与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动,纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况,如图乙所示,电源频率为50Hz,则碰撞前甲车速度大小为________m/s,碰撞后的共同速度大小为________m/s。
已测得甲小车的质量m1=0.20kg,乙小车的质量m2=0.10kg,由以上测量结果可得:
碰前总动量为_____kg·
m/s;
碰后总动量为_____kg·
m/s。
12.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验;
气垫导轨装置如图甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。
在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图乙所示,这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
甲乙
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②向气垫导轨通入压缩空气;
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动,纸带始终在水平方向;
④滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间;
⑥先,然后,让滑块带动纸带一起运动;
⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图丙所示:
丙
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g;
试完善实验步骤⑥的内容。
(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点,计算可知,两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为kg·
两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为kg·
m/s(保留三位有效数字)。
(3)试说明
(2)问中两结果不完全相等的主要原因是。
13.某实验小组在“探究碰撞中的不变量”的实验中,采用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来进行探究。
图中PQ是斜槽,QR为水平槽。
实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。
重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。
再把B球放在水平槽上靠近末端的地方,让A球仍从位置G自静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。
重复这种操作10次。
图中的O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。
B球落点痕迹如图所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R所在平面,米尺的零点与O点对齐。
(1)碰撞后B球的水平射程应取为cm。
(2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量?
(填选项号)
A.水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离
B.A球与B球碰撞后,测量A球落点位置到O点的距离
C.测量小球在空中飞行的时间
D.测量A球或B球的质量(或两球质量之比)
E.测量G点相对水平槽面的高度
参考答案
1.D【解析】最远的C点一定是被碰小球的落点,碰后入射小球的速度将减小,因此AB错误;
由于被碰小球是放在斜槽末端的,因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出,两小球不可能同时落地,C错误,D正确。
2.AD【解析】这个实验是在一维情况下设计的实验,其他情况未做探究;
系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论,其他探究的结论情况不成立,而速度是矢量,应考虑方向。
故选项AD正确。
3.BCD【解析】实验中为保证小球做平抛运动,斜槽末端必须水平,要使两球碰后均平抛,两球球心必须在同一高度,要保证小球m1碰前速度不变,m1每次必须从同一高度滚下,斜槽没有必要保证光滑,故BCD正确。
4.ABD【解析】两绳等长能保证两球正碰,以减小实验误差,所以A正确;
由于计算碰撞前速度时用到了mgh=
mv2–0,即初速度为0,B正确;
本实验中对小球是否有弹性无要求,C错误;
两球正碰后,有各种运动情况,所以D正确。
5.C【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,即处于静止状态,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,可得m1等于m2,②也正确。
6.D【解析】根据实验原理可知本实验对光电门的高度没有什么要求,故选D。
7.BD【解析】根据牛顿运动定律,如果力的方向与速度方向在同一条直线上,这个力只改变速度的大小,不改变速度的方向;
如果力的方向与速度的方向不在同一直线上,则速度的方向一定发生变化,所以B、D项正确;
A项不能发生一维碰撞,在任何情况下相碰两球的作用力方向都沿着球心连线,因此满足C项条件不一定能发生一维碰撞。
8.ACD【解析】碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向、落点的确定、长度的测量等都是造成误差的主要原因;
而在本实验中,由于小球运动的速度不是很大,所以空气阻力虽然会对测量结果造成影响,但不是产生误差的主要原因。
9.
(1)刻度尺、天平
(2)两物体的质量m1、m2和两物体落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离s1、s2
(3)m1s1=m2s2
【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平抛的时间相等。
所需验证的表达式为m1v1=m2v2,等式两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。
故需要测量两木块的质量m1和m2,两木块落地点到桌面边缘的水平距离s1,s2,所以需要的器材为刻度尺和天平。
10.
(1)等于等于等于
(2)等于不等于等于
(3)不等于不等于等于质量和速度的乘积
(4)BCD
【解析】
(1)从表格中数据看出,碰撞前后的质量相同,碰撞前后物体的速度与碰撞后速度相等,动能相等,质量与速度的乘积mv相等。
(2)碰前的速度为v1=0.140m/s,
碰后物体速度的矢量和为v2=(0.069+0.069)m/s=0.138m/s,在误差允许的范围内相等。
碰前物体的质量m与速度v的乘积mv=0.25×
0.140kg·
m/s=0.035kg·
m/s
碰后物体的质量m与速度v的乘积mv=0.25×
0.069×
2kg·
m/s=0.0345kg·
m/s,
在误差允许的范围内相等。
碰前的动能为:
Ek1=
×
0.25×
0.1402J=0.00245J。
碰后的动能Ek2=
0.0692+
0.0692J=0.00119J
在误差允许的范围内动能不相等。
(3)碰前的速度为v1=0.120m/s,
碰后的速度v2=(–0.024+0.070)m/s=0.046m/s,可知速度不相等。
碰前的动能
0.122J=0.0018J。
碰后的动能
Ek2=(
0.0242+
0.5×
0.072)J=0.0013J
在误差允许的范围内动能不等。
碰前物体的质量m与速度v的乘积
mv=0.25×
0.12kg·
m/s=0.03kg·
碰后物体的质量m与速度v的乘积
mv=(–0.25×
0.024+0.5×
0.07)kg·
m/s=0.029kg·
则误差允许的范围内相等。
综上所述,最终在实验中发现的“不变量”是“质量和速度的乘积”。
(4)在“探究碰撞中的不变量”实验中,只找到一种情景的“不变量”还不够,其他情景未必适用,必须在各种碰撞的情况下都不改变,有限次实验偶然性较大,得出的结论需要检验,故BCD正确,A错误,故选BCD。
11.0.60.40.120.12
【解析】碰撞前Δx=1.2cm,碰撞后Δx′=0.8cm,T=0.02s,由v=
得碰前v甲=
=0.6m/s;
碰后v=
=
0.4m/s。
碰前总动量p1=m1v1=0.2×
0.6kg·
m/s=0.12kg·
m/s,碰后的总动量:
p2=(m1+m2)v2=0.3×
0.4kg·
m/s=
12.
(1)接通打点计时器的电源放开纸带
(2)0.6200.618
(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用
(1)使用打点计时器时,先接通电源后释放纸带,所以先接通打点计时器的电源,后放开滑块1;
(2)放开滑块1后,滑块1做匀速运动,跟滑块2发生碰撞后跟滑块2一起做匀速运动,根据纸带的数据得:
碰撞前滑块1的动量为:
=0.310×
kg·
m/s=0.620kg·
m/s,滑块2的动量为零,所以碰撞前的总动量为0.620kg·
m/s,碰撞后滑块1、2速度相等,所以碰撞后总动量为:
(m1+m2)v2=(0.310+0.205)×
m/s=0.618kg·
(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用。
13.
(1)64.7
(2)ABD
(1)应取将所有点包含在内的最小圆的圆心为落地点,读数大概为64.7cm
(2)根据动量守恒,实验需要满足公式
,因为碰撞后做平抛运动,下落的高度相同,所以下落时间相同,故
,即需要测量的物理量为mA、mB、OP'
、OM、ON,所以不需要测量水平槽面离地面的高度或小球在空中飞行时间,需要测量A球和B球的质量以及A球两次落地时的水平距离和B球落地时的水平距离;
故ABD正确。
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