高中物理 第16章 动量守恒定律 1 实验 探究碰撞中的不变量课时作业 新人教版选修35.doc

第十六章 动量守恒定律1实验:探究碰撞中的不变量一、a组(20分钟)1.在气垫导轨上进行实验时首先应该做的是()a.给气垫导轨通气b.给光电计时器进行归零处理c.把滑块放到导轨上d.检查挡光片通过光电门时是否能够挡光计时解析:为保护气垫导轨,同时为了保证滑块与导轨间的摩擦力为零,实验时应该先给气垫导轨通气。选项a正确。答案:a2.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,用到的测量工具有()a.停表、天平、刻度尺b.弹簧测力计、停表、天平c.天平、刻度尺、光电计时器d.停表、刻度尺、光电计时器解析:用天平测滑块质量,用刻度尺测挡光片的宽度。运动时间是指挡光片通过光电门的时间,由光电计时器计时,因此不需要停表。答案:c3.在做探究碰撞中的不变量实验时,实验条件是()a.斜槽轨道必须是光滑的b.斜槽轨道末端的切线是水平的c.入射球每一次都要从同一高度由静止滚下d.碰撞的瞬间,入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行解析:探究碰撞中的不变量实验,要求入射小球每次到槽口时,具有相同的速度,所以应从槽上同一位置滚下,但斜槽不需要光滑,选项a错误,选项c正确;由于碰撞前、后要求小球均做平抛运动,且抛物线在同一平面,选项b、d正确。只有满足实验所必需的条件,所做实验才能达到预期目的。答案:bcd4.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,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,选项a正确;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,选项b正确;本实验要求两小车碰后连在一起,不要求两小车质量相等。答案:ab5.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的守恒量。(1)该同学还必须有的器材是、。(2)需要直接测量的数据是、。(3)用所得数据验证守恒量的关系式为。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在空中运动的时间相等。所需验证的表达式为m1v1=m2v2,两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。答案:(1)刻度尺天平(2)两物体的质量m1、m2两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离s1、s2(3)m1s1=m2s26.导学号97280002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m1=170 g,右侧滑块质量m2=110 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,烧断细线后,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t1=0.32 s,t2=0.21 s,则两滑块的速度分别为v1= m/s,v2= m/s。烧断细线前m1v1+m2v2= kgm/s,烧断细线后m1v1+m2v2= kgm/s。可得到的结论是。解析:取向左方向为正,两滑块速度v1= m/s0.094 m/s,v2= m/s-0.143 m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=0烧断细线后m1v1+m2v2=(0.1700.094-0.1100.143) kgm/s=2.510-4 kgm/s,在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2。答案:0.0940.14302.510-4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7.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,如图所示,若绳长为l,球a、b分别由偏角和静止释放,则在最低点碰撞前的速度大小分别为、。若碰撞后向同一方向运动最大偏角分别为和,则碰撞后两球的瞬时速度大小分别为、。解析:小球从静止释放运动到最低点的过程中,机械能守恒,对于球a有magl(1-cos )=,所以va=,同理可得vb=。碰后小球a的速度为va=,小球b的速度为vb=。答案:8.某同学设计了一个用打点计时器研究“探究碰撞中的不变量”的实验:在小车a的前端粘有橡皮泥,在小车a后连着纸带,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甲所示。甲乙(1)长木板右端下面垫放一小木片的原因是。(2)若已获得的打点纸带如图乙所示,a为运动的起点,各计数点间距分别记为ab、bc、cd和de,用天平测得a、b两车的质量分别为ma、mb,则需验证的表达式为。解析:(1)长木板右端下面垫放一小木片,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。(2)从题图中可以看出,b到c之间和d到e之间打点均匀,所以可以用bc代表小车碰前的速度,用de代表小车碰后的速度,应有mabc=(ma+mb)de。答案:(1)平衡摩擦力(2)mabc=(ma+mb)de二、b组(20分钟)1.导学号97280003“探究碰撞中的不变量”的实验中,入射小球m1=15 g,原来静止的被碰小球m2=10 g。由实验测得它们在碰撞前后的x-t图象如图所示,由图可知,入射小球碰撞前的m1v1是,入射小球碰撞后的m1v1是,被碰小球碰撞后的m2v2是。由此得出结论。解析:由题图可知碰撞前m1的速度大小v1= m/s=1 m/s,故碰撞前m1v1=0.0151 kgm/s=0.015 kgm/s。碰撞后m1速度大小v1= m/s=0.5 m/s,m2的速度大小v2= m/s=0.75 m/s。故m1v1=0.0150.5 kgm/s=0.007 5 kgm/s,m2v2=0.010.75 kgm/s=0.007 5 kgm/s,可知m1v1=m1v1+m2v2。答案:0.015 kgm/s0.007 5 kgm/s0.007 5 kgm/s碰撞中mv的矢量和是不变量2.如图所示的装置中,质量为ma的钢球a用细线悬挂于o点,质量为mb的钢球b放在离地面高度为h的小支柱n上。o点到a球球心的距离为l。使悬线在a球释放前伸直,且线与竖直线的夹角为,a球释放后摆动到最低点时恰与b球相碰,碰撞后,a球把轻质指示针oc推移到与竖直线的夹角为处,b球落到地面上,地面上铺一张盖有复写纸的白纸d。保持角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录到多个b球的落点。(1)图中x应是b球初始位置到的水平距离。(2)为了探究碰撞中的不变量,应测得等物理量(用字母表示)。(3)用测得的物理量表示:mava=;mava=;mbvb=。解析:小球a在碰撞前后摆动,满足机械能守恒。小球b在碰撞后做平抛运动,则x应为b球的平均落点到初始位置的水平距离。要得到碰撞前后的mv,要测量ma、mb、l、h、x等,对a,由机械能守恒得magl(1-cos )=ma,则mava=ma。碰后对a,有magl(1-cos )=mava2,则mava=ma。碰后b做平抛运动,有x=vbt,h=gt2,所以mbvb=mbx。答案:(1)b球平均落点(2)ma、mb、l、h、x(3)mamambx3.如图所示,在实验室用两端带竖直挡板c、d的气垫导轨和有固定挡板的质量都是m的滑块a、b做探究碰撞中不变量的实验:(1)把两滑块a和b紧贴在一起,在a上放质量为m的砝码,置于导轨上,用电动卡销卡住a和b,在a和b的固定挡板间放一弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态。(2)按下电钮使电动卡销放开,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,当a和b与挡板c和d碰撞同时,电子计时器自动停表,记下a至c的运动时间t1,b至d的运动时间t2。(3)重复几次取t1、t2的平均值。请回答以下几个问题:(1)在调整气垫导轨时应注意;(2)应测量的数据还有;(3)作用前a、b两滑块速度与质量乘积之和为,作用后a、b两滑块速度与质量乘积之和为。解析:(1)为了保证滑块a、b作用后做匀速直线运动,必须使气垫导轨水平,需要用水平仪加以调试。(2)要求出a、b两滑块在卡销放开后的速度,需测出a至c的时间t1和b至d的时间t2,并且要分别测量出两滑块到挡板的距离l1和l2,再由公式v=求出其速度。(3)设向左为正方向,根据所测数据求得两滑块的速度分别为va=,vb=。碰前两物体静止,速度与质量乘积之和为0。碰后两滑块的速度与质量乘积之和为(m+m)-m。答案:(1)用水平仪调试使得导轨水平(2)a至c的距离l1、b至d的距离l2(3)0(m+m)-m4.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,下面是某实验小组选用水平气垫导轨、光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统的不变量。实验仪器如图所示。实验过程:(1)调节气垫导轨水平,并使光电计时器系统正常工作。(2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度l。(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)。(4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2。(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上,让滑块2处于静止状态(v2=0),用滑块1以初速度v1与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间),碰后两者粘在一起,分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2。(6)先根据v=计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v;再计算两滑块碰撞前后的质量与速度乘积,并比较两滑块碰撞前后的质量与速度乘积之和。实验数据:m1=0.324 kg,m2=0.181 kg,l=1.0010-3 m次数滑块1滑块2碰撞前碰撞后v1/(ms-1)v/(ms-1)v2/(ms-1)v/(ms-1)m1v1/(kgms-1)m2v2/(kgms-1)(m1+m2)v/(kgms-1)10.2900.18400.18420.4260.26900.269结论解析:先分清碰前与碰后的状态量,再代入数据计算。次数滑块1滑块2碰撞前碰撞后v1/(ms-1)v/(ms-1)v2/(ms-1)v/(ms-1)m1v1/(kgms-1)m2v2/(kgms-1)(m1+m2)v/(kgms-1)10.2900.18400.1840.09400.09320.4260.26900.2690.13800.136结论在误差允许的范围内,碰前系统质量和速度乘积的矢量和等于碰后系统质量和速度乘积的矢量和。答案:见解析5.某同学用如图甲装置做“探究碰撞中的不变量”实验。先将1球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的2球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让1球仍从原固定点由静止开始滚下和2球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。已知1球的质量大于2球的质量。(1)本实验必须测量的物理量有。a.斜槽轨道末端到水平地面的高度hb.1球、2球的质量m1、m2c.1球、2球离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间td.记录纸上o点到a、b、c各点的距离oa、ob、oce.1球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2)为测定未放被碰小球时,1球落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的o点对齐,图乙给出了1球落点的情况,由图乙可得ob距离应为cm。(3)由实验测得的数据,如果满足等式,那么我们认为在碰撞前后系统的mv是不变的。解析:(1)在高度差一定的情况下,平抛运动的时间一定,由v=可知,水平速度和水平射程成正比,故只需测出小球的质量及水平射程。故选项b、d正确。(2)由题图乙可读出,45.8545.95 cm。(3)只要m1ob=m1oa+m2oc,就可以认为碰撞前后系统的mv的矢量和是不变的。答案:(1)bd(2)45.8545.95(3)m1ob=m1oa+m2oc6.导学号97280004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。ma=0.10 kg,mb=0.20 kg,放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1 cm,滑块可看作质点);(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。解析:由题图a、