高中物理第十六章动量守恒定律16.1实验探究碰撞中的不变量检测新人教选修.docx

16.1 实验 探究碰撞中的不变量新提升课时作业基础达标1(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，哪些因素可导致实验误差()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【解析】导轨不水平，小车速度将会受重力影响，A项对；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B项对【答案】AB2在用两个小球的碰撞来验证碰撞中的不变量时，不是产生误差的主要原因的是()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【解析】碰撞前后小球的速度方向不是绝对沿水平方向，及落点的确定、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【答案】B3(多选)在用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验时，下列哪些操作是正确的()A相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量B相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起C先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车D先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源【解析】车的质量可以用天平测量，没有必要一个用钉子而另一个用橡皮泥配重这样做的目的是为了碰撞后两车粘在一起有共同速度，选项B正确打点计时器的使用原则是先接通电源，C项正确【答案】BC4如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz.开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做_运动，其速度大小为_m/s，本实验中得出的结论是_.【解析】由题图可知，A、B离开弹簧后，均做匀速直线运动，开始时vA0，vB0，A、B被弹开后，vA0.09 m/s，vB0.06 m/s，mAvA0.20.09 kgm/s0.018 kgm/smBvB0.30.06 kgm/s0.018 kgm/s由此可得：mAvAmBvB，即0mBvBmAvA结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒【答案】匀速直线0.09两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒5用如图所示的装置进行以下实验：A先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数，查出当地的重力加速度gB用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边C剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地点到重锤线的水平距离x1和滑块A沿桌面滑行的距离x2(1)为探究碰撞中的不变量，写出还需测量的物理量及表示它们的字母：_。(2)若mv为不变量，需验证的关系式为：_。【解析】(1)要找出碰撞中的不变量，应测出两滑块质量及各自的速度取向右方向为正，剪断细线后，A向右做匀减速运动，初速度vA，B向左做平抛运动，设桌面高度为h，则hgt2，x1vBt，得vBx1 .故要求出vB，还应测出h.(2)若mv为不变量，碰前MvAmvB0，碰后MvAmvB0，故MvAmvBMvAmvB，即M mx1 0.【答案】(1)桌面离水平地面的高度h(2)M mx1 06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(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；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和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时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图丁所示；测得滑块1(包括撞针)的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤的内容(2)已知打点计时器每隔0.02 s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_ kgm/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为_ kgm/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_.【解析】作用前滑块1的速度v1 m/s2 m/s，其质量与速度的乘积为0.310 kg2 m/s0.620 kgm/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v m/s1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg0.205 kg)1.2 m/s0.618 kgm/s.【答案】(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦能力提升1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m1170 g，右侧滑块质量m2110 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，如图所示开始时两滑块静止，烧断细丝后，两滑块分别向左、右方向运动挡光片通过光电门的时间分别为t10.32 s，t20.21 s则两滑块的速度分别为v1_m/s，v2_m/s.烧断细线前m1v1m2v2_kgm/s，烧断细线后m1v1m2v2_kgm/s.可得到的结论是_【解析】取向左方向为正，两滑块速度v1m/s0.094 m/s，v2m/s0.143 m/s.烧断细线前m1v1m2v20烧断细线后m1v1m2v2(0.170.0940.1100.143)kgm/s2.5104kgm/s，在实验允许的误差范围内，m1v1m2v2m1v1m2v2.【答案】0.0940.14302.5104kgm/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2如图所示，斜槽末端水平，小球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从斜槽同一高度滚下，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：(1)两小球质量的关系应满足_Am1m2 Bm1m2Cm1m2，故选B.(2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平为保证实验有较好的可重复性以减小误差，实验中要求入射球每次从同一高度滚下本实验是探究碰撞前后物理量的变化情况，故不需要斜槽轨道必须光滑，故选A、C、D.(3)本实验必须测量的是两小球质量m1和m2，入射球m1单独滚入的水平距离和两小球m1和m2相碰后各自飞出的水平距离因小球脱离轨道口后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等，故可以利用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地的时间故选A、F、G.(4)设m13m，m22m，则v1m/s，m1v1v1m/s，v20，v2m/sm1v1m2v21.305.所以m1v1m1v1m2v2，故C选项正确【答案】(1)B(2)ACD(3)AFG(4)C3有甲、乙两辆小车，质量分别为m1302 g，m2202 g，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，跟乙小车发生碰撞后粘合在一起共同运动这个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为50 Hz.(1)从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为_s；(结果保留两位有效数字)(2)碰撞前甲车的质量与速度的乘积大小为_kgm/s，碰后两车的质量与速度的乘积为_kgm/s；(结果保留三位有效数字)(3)两车碰撞过程中，两车的质量与速度的乘积如何变化？【解析】从纸带上0点开始每0.02 s内甲车位移分别为13.2 mm、13.5 mm、13.5 mm、12.6 mm、11.7 mm、10.8 mm、9.9 mm、9 mm、8.1 mm、8 mm、8 mm.(1)从以上数据可知从第3点到第8个点是碰撞过程，则t50.02 s0.10 s，该段时间内甲车做减速运动(2)甲车与乙车碰前速度：v1103 m/s0.670 m/s，碰前甲车质量与速度的乘积：m1v10.302 kg0.670 m/s0.202 kgm/s；碰后两车的速度v2v1v103 m/s0.402 m/s，碰后两车的质量与速度的乘积(m1m2)v(0.3020.202)0.402 kgm/s0.203 kgm/s.(3)(在误差范围内)，两车的质量与速度的乘积保持不变，即m1v1(m1m2)v.【答案】(1)0.10(2)0.2020.203(3)见解析4如右图所示，把两个大小相同，质量不等的金属球用细线连接起来，中间夹一被压缩了的轻弹簧，置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上，现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，探究物体间发生相互作用时的不变量测量过程中：(1)还必须添加的器材是_(2)需直接测量的数据是_(3)需要验算的表达式如何表示？【解析】本实验在“探究物体间发生相互作用时的不变量”时，在确定物体速度的方法上进行了迁移两球弹开后，分别以不同的速度离开桌面做平抛运动，两球做平抛运动的时间相等，均为t(h为桌面离地的高度)根据平抛运动规律，由两球落地点距抛出点的水平距离xvt，知两