高中物理 第16章 第1节 实验：探究碰撞中的不变量同步练习 新人教版选修35.doc

【成才之路】2016高中物理 第16章 第1节 实验：探究碰撞中的不变量同步练习 新人教版选修3-5基础夯实1在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，下列哪些因素可导致实验误差()a导轨安放不水平b滑块上挡光板倾斜c两滑块质量不相等d两滑块碰后连在一起答案：ab解析：选项a中，导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响，从而产生实验误差；选项b中，挡板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移；实验中并不要求两滑块的质量相等；两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大，并不影响碰撞中的守恒量。综上所述，答案为a、b。2用如图所示的装置可以完成“探究碰撞中的不变量”实验。若实验中选取的a、b两球半径相同，为了使a、b发生一维碰撞，应使两球悬线长度_，悬点q1、q2之间的距离等于_。答案：相等球的直径解析：为了保证一维碰撞，碰撞点应与两球球心同在一条水平线上，故两球悬线长度相等，o1、o2之间距离等于球的直径。3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。答案：0.60.4解析：碰撞前x1.2cm，碰撞后x0.8cm，t0.02s，由v得碰前v甲0.6m/s；碰后v0.4m/s。4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，本实验中得到的结论是_。答案：匀速0.09碰撞前后滑块a、b的质量与速度乘积之和为不变量解析：碰撞前：va0，vb0，所以有mavambvb0碰撞后：va0.09m/s，vb0.06m/s规定向右为正方向：mavambvb0.2(0.09)0.30.060则由以上计算可知：mavambvbmavambvb。5“探究碰撞中的不变量”的实验中，入射小球m115 g，原来静止的被碰小球m210g，由实验测得它们在碰撞前后的xt图象如图，可知入射小球碰撞后的m1v1是_，入射小球碰撞前的m1v1是_，被碰撞后的m2v2是_。由此得出结论_。答案：0.0075kgm/s0.015 kgm/s00075 kgm/s碰撞中mv的矢量和是守恒量解析：碰撞前m1的速度大小v1m/s1m/s，故碰撞前的m1v10.015kg1m/s0.015kgm/s。碰撞后m1的速度大小v1m/s0.5m/s，m2的速度大小v2m/s0.75m/s，故m1v10.015kg0.5m/s0.0075kgm/s，m2v20.010.75kgm/s0.0075kgm/s，可知m1v1m1v1m2v2。6(广东揭阳市惠来一中20142015学年高二下学期期末)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示。在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为50hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标在图上，a为运动起始的第一点，则应选_段计算小车甲的碰前速度，应选_段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两格填“ab”、“bc”、“cd”或“de”)。(2)已测得小车甲的质量m甲0.40kg，小车乙的质量m乙0.20kg，由以上测量结果可得：碰前m甲v甲m乙v乙_kgm/s；碰后m甲v甲m乙v乙_kgm/s。(3)通过计算得出的结论是什么？答案：(1)bcde(2)0.4200.417(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的。解析：(1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段bc应为小车甲与乙碰前的阶段，cd段点迹不均匀，故cd应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选de段计算碰后共同的速度。(2)v甲1.05m/s，v0.695m/sm甲v甲m乙v乙0.420kgm/s碰后m甲v甲m乙v乙(m甲m乙)v0.600.695kgm/s0.417kgm/s能力提升1在“探究碰撞中的不变量”的实验中，也可以探索mv2这个量(对应于动能)的变化情况。(1)若采用弓形弹片滑块的方案如图甲所示，弹开后的mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)弹开前mv2的总量，这是因为_。(2)若采用图乙所示的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量，说明碰撞中机械能_。(填“守恒”或“不守恒”)。(3)若采用图丙所示的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量，说明碰撞中存在_损失。答案：(1)大于弹片的弹性势能转化为两滑块动能，滑块动能增加(2)等于守恒(3)大于机械能解析：(1)弹开前，两滑块静止，动能为零；弹开后，弹片的弹性势能转变为滑块的动能，故弹开后mv2增大。(2)取两滑块及弹簧为系统，整个系统作用前后机械能守恒，故碰撞前后mv2不变。(3)两滑块的碰撞过程中，撞针刺入橡皮泥需克服摩擦阻力做功，该过程中机械能有损失，故碰撞前mv2大于碰撞后mv2。2如图所示“为探究碰撞中的不变量”的实验装置示意图。(1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)的飞行时间相同，所以我们在实验中可以用_作为时间单位。(2)本实验中，实验必须要求的条件是()a斜槽轨道必须是光滑的b斜槽轨道末端点的切线是水平的c入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放d入射球与被碰球满足mamb，rarb(3)图中m、p、n分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是()amaonmaopmbombmaopmaonmbomcmaopmaommbondmaommaopmbon答案：(1)平抛时间(2)b、c、d(3)c解析：(1)在此实验装置中两球的飞行时间相同，实验中可用平抛时间作为单位时间，从而变比较速度大小为比较水平位移的大小。(2)选b、c、d。此实验要求两小球平抛。所以应使斜槽末端点的切线是水平的，b对。要求碰撞时入射小球的速度不变，应使入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放即可，c对，a错。为使入射小球不返回且碰撞时为对心正碰，应使mamb且rarb，d对。(3)选c。实验中要验证mav1mav1mbv2，取平抛时间为单位时间，则变为mamamb，即maopmaommbon。3用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量，本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10 hz)，步骤方法如下：(1)用天平称出两滑块的质量。ma0.10kg，mb0.20kg，放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1cm，滑块可看做质点)；(2)碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a、b、c所示的照片；请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。答案：mavambvbmavambvb，即碰撞前后mv之和保持不变。解析：由题图a、b可确定a的速度为vam/s0.6m/s则mava0.10.6kgm/s0.06kgm/s从题图b、c看出滑块a与b靠近到发生碰撞需t2s2.5102s所以a与b碰后回到7.0cm位置，历时t(0.12.5102)s7.5102s因此，求出vam/s0.2m/svbm/s0.4m/s所以碰撞后：mavambvb6102 kgm/s由以上计算可得：mavambvbmavambvb。4某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，a、b两摆球均很小，质量之比为12。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向左上方拉动b球使其摆线伸直并与竖直方向成45角，然后将其由静止释放，结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30。此实验能否成功说明碰撞前后质量与速度的乘积是不变量？答案：能解析：设摆球a、b的质量分别为ma、mb，摆长为l，b球的初始高度为