学人教版必修35 16.1实验：探究碰撞中的不变量 作业.docx

2017-2018学年度人教版必修3-5 16.1实验：探究碰撞中的不变量 作业1如图所示，一物体分别沿三个倾角不同的光滑斜面由静止开始从顶端下滑到底端c、d、e处，三个过程中重力的冲量依次为i1、i2、i3，动量变化量的大小依次为p1、p2、p3，则有（ ）a三个过程中，合力的冲量相等，动量的变化量相等b三个过程中，合力做的功相等，动能的变化量相等ci1i2i3，p1=p2=p3di1i2i3，p1p2p32如图某物体在拉力f的作用下没有运动，经时间t后a. 拉力的冲量为ftb. 拉力的冲量为ftcos c. 支持力的冲量为零d. 重力的冲量为零3下列运动过程中，物体的动量变化率相等的是（ ）a匀速圆周运动 b竖直上抛运动c平抛运动 d任意的匀变速直线运动4(多选)下列说法中正确的是 （ ）a用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大b按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大c“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变d在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大5下面关于冲量的说法中正确的是()a. 物体受到很大的冲力时，其冲量一定很大b. 当力与位移垂直时，该力的冲量为零c. 不管物体做什么运动，在相同时间内重力的冲量相同d. 只要力的大小恒定，其相同时间内的冲量就恒定6两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前 ( )a两球的质量相等b两球的速度大小相同c两球的质量与速度的乘积之和的大小相等d以上都不能断定7在“探究碰撞中的不变量”的参考案例二实验中，为了顺利地完成实验，入射球质量为m1，被碰球质量为m2，二者关系应是( )am1m2 bm1=m2 c m1mb)(1)碰撞后b球的水平射程应为 cm(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量?答： (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ba球与b球碰撞后，测量a球落点位置到o点的距离c测量a球或b球的直径d测量a球和b球的质量e测量g点相对于水平槽面的高度9水平光滑桌面上有a、b两个小车，质量分别是06k g和02kga车的车尾拉着纸带，a车以某一速度与静止的b车发生一维碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的?10为测量滑块与桌面间的动摩擦因数，用如右图所示的装置进行实验：a、先测出滑块a、b的质量m、m，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d.时到重锤线的水平位移s1和滑块a沿桌面滑行距离s2（1）为验证动量守恒，写出还须测量的物理量及表示它的字母：_（2）动量守恒的表达式为：_（用题目中所涉及的物理量的字母表示）（3）接着，根据（b）中表达式及测量出的数据就能计算出滑块与桌面间的动摩擦因数了11如图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图. （1）若入射小球质量为,半径为；被碰小球质量为，半径为，则（_）a. ， b. ， c. ， d. ， （2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是_.（填下列对应的字母） a.直尺 b.游标卡尺 c.天平 d.弹簧秤 e.秒表（3）设入射小球的质量为,被碰小球的质量为，p为碰前入射小球落点的平均位置,则关系式（用、及图中字母表示）_成立,即表示碰撞中动量守恒.12某实验小组在“实验：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、o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a球或b球的直径；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。13某同学设计一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车 a 的前端粘有橡皮泥， 推动小车 a使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车 b 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动.他设计的具体装置如图所示.在小车a后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为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并测得各相邻计数点间距标在图上。a为运动起始的第一点.则应选_段来计算 a的碰前速度.应选_段来计算 a 和 b碰后的共同速度.(以上两格填“ab”或 “bc”或“cd”或“de”).(2)已测得小车 a 的质量 m1=0.4kg，小车 b的质量m2=0.2kg.由以上测量结果可得：碰前总动量=_ kgm/s；碰后总动量=_ kgm/s。（结果保留三位有效数字）14（1）“验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图乙所示的方法两个实验装置的区别在于：悬挂重垂线的位置不同；图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过o、o点的竖直线上，重垂线只确定了o点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是（ ）a采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径b采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径c为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑d为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑（2）在做“验证动量守恒定律”的实验中：如果采用（1）题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，则碰撞小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1：m2= 试卷第5页，总6页本卷由系统自动生成，请仔细校对后使用，答案仅供参考。参考答案1abc【解析】试题分析：acd、由机械能守恒定律可知物体下滑到底端c、d、e的速度大小v相等，动量变化量p=mv相等，即p1=p2=p3；根据动量定理，合力的冲量等于动量的变化率，故合力的冲量也相等，注意不是相同（方向不同）；设斜面的高度为h，从顶端a下滑到底端c，由得物体下滑的时间t=，所以越小，sin2越小，t越大，重力的冲量i=mgt就越大，故i1i2i3；故a正确，c正确，d错误；b、物体下滑过程中只有重力做功，故合力做的功相等，根据动能定理，动能的变化量相等，故b正确；故选：abc2a【解析】试题分析：根据动量的公式，竖直方向拉力的冲量为： ，水平拉力的冲量为，则拉力的冲量为，所以a正确，b错误；支持力不为零，作用时间不为零，故支持力的冲量不为零，c错误；根据动量定理，竖直方向上： ，得，所以d错误；考点：考查了动量定理以及冲量【名师点睛】本题考查了动量定理以及冲量的计算公式，直接应用即可，注意冲量的方向与力的方向相同，与物体是否运动无关，难度不大视频3bcd【解析】试题分析：动量变化率是矢量，匀速圆周运动动量变化量方向时刻在变化，在相等时间内动量变化量不相同也可根据动量定理，p=ft，f是合力，匀速圆周运动的合力指向圆心，是变力，相等时间内合力的冲量也是变化的，动量变化率是变化的故a错误根据动量定理p=ft，f是合力，自由落体运动物体的合力是重力，恒力，相等时间内其冲量不变，动量变化率相同故b正确根据动量定理p=ft，f是合力，平抛运动物体的合力是重力，恒力，相等时间内其冲量不变，动量变化率相同故c正确匀加速直线运动合外力恒定，故动量的变化率相等；故d正确；故选bcd。考点：动量定理【名师点睛】根据动量定理p=ft，动量变化量等于合外力的冲量，自由落体、平抛和匀减速直线运动物体所受的力是恒力，在相等时间内物体合外力冲量相同，动量变化量相同，匀速圆周运动的合外力是变力，在相等时间内物体合外力冲量不相同，动量变化量也不相同。4bc【解析】试题分析：根据爱因斯坦光电效应方程ekm=h-w0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大；不可见光的频率有比可见光大的，也有比可见光小的；故a错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大，选项b正确；“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变，即碰撞前后系统的动量守恒，选项c正确；在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，随电压不断增大，光电流并不是不断增大，当光电流到达最大时，称为饱和光电流饱和光电流的大小与光照强度有关故d错误；故选bc.考点：光电效应；玻尔理论；动量守恒。5c【解析】试题分析：冲量是力与时间的乘积，是矢量：力大，冲量不一定大，a错误；当力与位移垂直时，该力的冲量不为零，b错误；不管物体做什么运动，在相同时间内重力的冲量相同，c正确；只要力的大小恒定，其相同时间内冲量大小一样，但方向不一定一样，d错误。考点：本题考查冲量的概念与理解。6c【解析】实验探究出碰撞前后系统各物体的质量、速度乘积矢量和恒定，碰后两个小球均静止，则他们的质量、速度乘积矢量和为零，那么它们碰撞前的质量与速度的乘积之和的大小相等，故选c答案。思路分析：初步知道正碰前后碰撞前后系统各物体的质量、速度乘积矢量和恒定。试题点评：本题建立在对探究实验结果即：前后碰撞前后系统各物体的质量、速度乘积矢量和恒定的基础之上。7d【解析】该实验的原理是利用摆动的小球从最低点到最高点机械能守恒，因此可以使用它们上升角度（或上升高度）表示出碰撞前后的速度。这样对入射小球和被碰小球的质量没有要求。故选d答案。思路分析：弄清楚实验的原理，知道入射小球不管是不是反弹，均不影响实验。试题点评：本题是探究实验，在探究碰撞过程中的不变量时，要注意其实验原理。8(1)647cm(642-652cm均可)；(2)a、b、d【解析】(1)将l0个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点，可由刻度尺测得碰撞后b球的水平射程约为647cm (2)从同一高度做平抛运动飞行的时间t相同，而水平方向为匀速运动，故水平位移s=vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移代替平抛初速度，亦即碰撞前后的速度，通过计算maop，与maom+mbon是否相等，即可以说明两个物体碰撞前后各自的质量与其速度的乘积之和是否相等，故必须测量的是两球的质量和水平射程，即选项a、b、d是必须进行的测量。思路分析：考查基本实验问题：如何求平均值来减小偶然误差。利用平抛运动的知识来确定小球碰撞前后的速度。试题点评：本题是2000年全国高考题，该题中利用平抛运动的规律，巧妙地提供了一种测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。9mv【解析】由纸带可以求出a车在碰前的速度为，碰撞后ab车共同的速度为，则有，同理：在误差许可范围内，两者近似相等。思路分析：小车在碰撞前后均做匀速直线运动，小车在碰撞前后均为匀速运动，纸带上打出的点一定是等间隔的。小车碰撞前后的速度亦可以纸带上的数据计算出，代入公式即可得出结论。试题点评：本题是探究碰撞中守恒量的实验，主要是纸带计算速度。10 桌面离地面高度h 【解析】验证释放弹簧过程中的动量守恒，应测出两滑块的速度，b离开水平面后做平抛运动，为求出b的初速度，应测出b的水平位移与桌面到地面的高度；应用平抛运动规律与动能定理求出滑块的速度，然后求出其动量。（1）b离开水平面后做平抛运动，为求出其初速度，应测出桌面距地面的高度h；（2）b离开桌面后做平抛运动，在竖直方向上： 水平方向解得 a离开弹簧后，在水平桌面上做匀减速直线运动，最后静止，由动能定理得： ，解得如果动量守恒，则，即： （3）若在已知动量守恒的前提下，由上式得滑块与桌面间的动摩擦因数 11 c ac 【解析】(1)在小球碰撞过程中，水平方向动量守恒，取向右为正方向，由动量守恒定律得： 在碰撞过程中机械能守恒： 联立解得： 要碰后入射小球的速度，则有，即，为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，即，选c.(2)p为碰前入射小球落点的平均位置，m为碰后入射小球的位置，n为碰后被碰小球的位置，小球离开轨道后做平抛运动，运动时间，即平抛运动的时间相同，碰撞前入射小球的速度，碰撞后入射小球的速度，碰撞后被碰小球的速度，若，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，将三个速度代入得： ，故需要测量的工具有刻度尺和天平，故选ac；(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为： 故答案为：(1). c (2). ac (3). 【点睛】本题考查用平抛运动的规律来验证动量守恒的实验，要注意明确实验原理，知道本实验采用平抛运动的竖直方向的自由落体运动来控制时间相等，从而分析水平射程即可明