人教版选修35 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 课时作业.doc

1（多选）在“探究碰撞中的不变量”实验中，对于最终的结论m1v1m2v2m1v1m2v2，下列说法正确的是 （ ）a仅限于一维碰撞b任何情况下m1v12m2v22m1v12m2v22也一定成立c式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小d式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和【答案】 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a、d正确2（多选）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【答案】 bd3（多选）某同学用如图所示装置来探究碰撞中的不变量,让质量为m1的小球从斜槽某处由静止开始滚下,与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生碰撞。实验中必须要求的条件是 （ ）a斜槽必须是光滑的b斜槽末端的切线必须水平cm1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度dm1每次必须从同一高度处滚下【答案】 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,斜槽没必要保证光滑,故b、c、d正确。4（多选）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【答案】 acd5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:碰撞前两物体质量与速度的乘积相同;质量m1等于质量m2;碰撞后两物体一起做匀速直线运动;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 bc d【答案】 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,所以碰后速度都为零,故错误,正确;又由图线夹角均为,故碰前速度大小相等,可得m1等于m2,也正确。6在探究碰撞中的不变量时,采用如图所示的实验装置,仪器按要求安装好后开始实验,第一次不放被碰小球,第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分,在白纸上记录重锤位置和各小球落点的平均位置依次为o、a、b、c,则下列说法中正确的是 （ ）a第一、二次入射小球的落点依次是a、bb第一、二次入射小球的落点依次是c、bc第二次入射小球和被碰小球将同时落地d第二次入射小球和被碰小球不会同时落地【答案】 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a、b均错误;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,d对。7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。【答案】 （1）63.864.2（2）abd考点：“实验：探究碰撞中的不变量”的实验。学 8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50h 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=0.4 g，小车 b的质量m2=0.2 g.由以上测量结果可得：碰前总动量=_ gm/s；碰后总动量=_ gm/s。（结果保留三位有效数字）【答案】 （1）bc、de（2）0.420、0.417【解析】（1）a与b碰后粘在一起，速度减小，相等时间内的间隔减小，可知通过bc段来计算a的碰前速度，通过de段计算a和b碰后的共同速度考点：验证动量守恒定律的实验9某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车a前端装有橡皮泥，推动小车a使之匀速运动，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。他设计的装置如下图所示，在小车a的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50h 。木板的一端下边垫着小木片用以 。在实验中，需要的测量工具有 （ ）a、弹簧测力计 b、毫米刻度尺 c、天平 d、螺旋测微器已测得小车a(包括橡皮泥)的质量为m1=0.310 g，小车b(包括撞针)的质量为m2=0.205 g，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）碰前两车质量与速度乘积之和为 gm/s碰后两车质量与速度乘积之和为 gm/s结论： 。【答案】 平衡摩擦力bc0.620, 0.618在实验误差范围内，辆小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变考点：验证动量守恒。10某同学用如图所示装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于o点，使小球1的球心到悬点o的距离为l，被碰小球2放在光滑的水平桌面上。将小球1从右方的a点（oa与竖直方向的夹角为）由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到c位置，小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的d点。（1）实验中已经测得上述物理量中的、l、x，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有 （要求填写所测物理量的名称及符号）。（2）请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1、小球2的动量: p1= ；p1= ；p2= ；p2= 。【答案】 1）小球1的质量m1，小球2的质量m2，桌面高度h，oc与ob间的夹角 （2），0，考点：验证动量守恒定律【名师点睛】本题解题的关键是要明确两小球的运动过程以及过程中机械能何时守恒，动量何时守恒：a球下摆过程机械能守恒，根据守恒定律列式求最低点速度；球a上摆过程机械能再次守恒，可求解碰撞后速度；碰撞后小球b做平抛运动，根据平抛运动的分位移公式求解碰撞后b球的速度，然后验证动量是否守恒即可。11某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，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动量守恒（1）该同学还必须有的器材是 ；（2）需要直接测量的数据是 ；（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是 【答案】 （1）刻度尺、天平（2）两物体的质量m1，m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离sl、s2（3）m1s1=m2s2【解析】解：取小球1的初速度方向为正方向，两小球质量和平抛初速度分别为m1、m2，v1、v2，平抛运动的水平位移分别为s1、s2，平抛运动的时间为t需要验证的方程：0=m1v1m2v2【点评】本题是运用等效思维方法，平抛时间相等，用水平位移代替初速度，这样将不便验证的方程变成容易验证学 12如图甲所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通过仅测量_（填选项前的符号），间接地解决这个问题。 （ ）a小球开始释放高度hb小球抛出点距地面的高度hc小球做平抛运动的射程（2）图甲中o点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上s位置静止释放，找到其平均落地点的位置p，测量平抛射程op。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上s位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复，接下来要完成的必要步骤是_（填选项前的符号） （ ）a用天平测量两个小球的质量m1、m2b测量小球m1开始释放高度hc测量抛出点距地面的高度hd分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置m、ne测量平抛射程om，on（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_（用（2）中测量的量表示）。（4）经测定，m1=45.0 g，m2=7.5 g，小球落地点的平均位置距o点的距离如图乙所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1，则p1:p1=_:11；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p1:p2=11:_。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为_。【答案】 （1）c；（2）ade；（3）m1op=m1om+m2on或者【m1（opom）=m2on】；（4）14；2.9；11.01。考点：动量守恒定律的实验。视频13（1）利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验。实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选下图中的_（填“甲”或“乙”）、若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的_。（填“甲”或“乙”）（甲图两滑块分别装有弹性圈，已图两滑块分别装有撞针和橡皮泥）（2）某次实验时碰撞前b滑块静止，a滑块匀速向b滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如下图所示已知相邻两次闪光的时间间隔为t，在这4次闪光的过程中，a、b两滑块均在080cm范围内，且第1次闪光时，滑块a恰好位于x=10cm处若a、b两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的_时刻，a、b两滑块质量比_ 。【答案】 （1）乙 ；甲 （2）2.5t ；2:3考点：探究碰撞中的不变量.14a、b两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短）用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如图所示已知闪光的时间间隔为t，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，a、b两滑块均在080 cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块a恰好通过x55 cm处，滑块b恰好通过x70 cm处，问：（1）碰撞发生在何处？（2）碰撞发生在第一次闪光后多长时间？（3）设两滑块的质量之比为mamb23，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等？【答案】 （1）60 cm （2） （3）碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等【解析】（1）据题意分析知：碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间，碰后b静止，故碰撞发生在x60 cm处（2）碰撞后a向左做匀速运动，设其速度为va，则vat20从发生碰撞后到第二次闪光时a向左运动10 cm，设时间为t，则vat10设第一次闪光到发生碰撞时间为t，则ttt，由以上各式得t（3）取向右为正方向碰撞前：a的速度va，b的速度为vb，质量与速度的乘积之和为mavambvbmambma碰撞后：a的速度为va，b的速度为vb0，质量与速度的乘积之和为mavambvbma0ma由此可得碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等15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_【答案】 （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）m1s1m2s216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m1m2025 g，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滑块m1滑块m2速度v/（ms1）0110000108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_（填“等于”或“不等于”）碰后物体的速度；（2）碰前物体的动能_（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m1m2025 g，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碰前碰后滑块m1滑块m2滑块m1滑块m2速度v/（ms1）0140000690069根据这个实验可推知（1）碰前物体的速度_（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_（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2m1m205 g，让运动的m1碰静止的m2，碰后m1、m2分开数据如表3表3碰前碰后滑块m1滑块m2滑块m1滑块m2速度v/（ms1）0120000240070根据实验数据可推知，在误差允许范围内：（1）碰前物体的速度_（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_（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【答案】 （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