高中物理 16.1 实验：探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修35.ppt

考查实验原理归纳实验结论的能力 例证1 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10hz 开始时两个滑块静止 它们之间有一根被压缩的轻弹簧 滑块用细绳连接 细绳烧断后 两个滑块向相反方向运动 已知滑块a b的质量分 别为200g 300g 根据照片记录的信息 细绳烧断后 a滑块做 运动 其速度大小为 m s 本实验中得出的结论是 标准解答 由题图可知 细绳烧断后 a b均做匀速直线运动 开始时 va 0 vb 0 a b被弹开后 v a 0 09m s v b 0 06m s mav a 0 2 0 09kg m s 0 018kg m smbv b 0 3 0 06kg m s 0 018kg m s由此可得 mav a mbv b 即0 mbv b mav a结论是 两滑块组成的系统在相互作用前后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前后质量与速度乘积的矢量和守恒 考查分析初末状态探究不变量的能力 例证2 某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞过程中的不变量的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 使小车a做匀速直线运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并黏合成一体 继续做匀速直线运动 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 长木板右端下部垫着小木片 图中未画出 用以平衡摩擦力 1 若已得到打点纸带如图所示 并把测得的各计数点间距离标在图上 a点为运动起始的第一点 则应选 段来计算小车a的碰前速度 应选 段来计算小车a和小车b碰后的共同速度 以上两空选填 ab bc cd 或 de 2 已测得小车a的质量ma 0 40kg 小车b的质量mb 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前mava mbvb kg m s 碰后mava mbvb kg m s 标准解答 1 小车a碰前做匀速直线运动 打出纸带上的点应该是间距均匀的 故计算小车碰前速度应选bc段 cd段上所打的点由稀变密 可见在cd段a b两小车相互碰撞 a b碰撞后一起做匀速直线运动 所以打出的点又是间距均匀的 故应选de段计算碰后速度 2 碰撞前后 碰前 mava mbvb 0 40 1 05kg m s 0 42kg m s 碰后 mava mbvb ma mb v 0 60 0 695kg m s 0 417kg m s 答案 1 bcde 2 0 420 417 一 选择题1 在做用气垫导轨进行碰撞验证实验时 不需要测量的物理量是 a 滑块的质量b 挡光时间c 挡光片的宽度d 光电门的高度 解析 选d 根据实验原理可知 滑块的质量 挡光时间 挡光片的宽度都是需要测量的物理量 其中滑块的质量用天平测量 挡光时间用光电计时器测量 挡光片的宽度可事先用刻度尺测量 只有光电门的高度不需要测量 只要能与挡光片在同一高度即可 故选d 2 在做利用悬线悬挂等大的小球探究碰撞中的不变量的实验中 下列说法正确的是 a 悬挂两球的细线长度要适当且等长b 由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度c 两小球必须都是刚性球且质量相同d 两小球碰后可以粘合在一起共同运动 解析 选a b d 两绳等长能保证两球正碰 也就是对心碰撞 以减小实验误差 所以a正确 由于计算碰撞前速度时用到了即初速度为0时碰前的速度为b正确 本实验中对小球的材质性能无要求 c错误 两球正碰后 有各种运动情况 所以d正确 3 2011 苏州高二检测 若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验 下列操作正确的是 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 选b c 相互作用的两车上 一个装上撞针 一个装上橡皮泥 是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动 这种情况能得到能量损失很大的碰撞 a错 应当先接通打点计时器的电源 再释放拖动纸带的小车 否则因运动距离较短 小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据 故d错 b c正确 4 对于实验最终的结论m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 下列说法正确的是 a 仅限于一维碰撞b 任何情况下m1v12 m2v22 m1v1 2 m2v2 2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 解析 选a d 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 5 在 探究碰撞中的不变量 的实验中 为了顺利地完成实验 拉起球质量为m1 被碰球质量为m2 二者关系应是 a m1 m2b m1 m2c m1 m2d 以上三个关系都可以 解析 选d 这个实验是探究性实验 目的就是让同学们探究在不同情况下的不变量 a b c三种关系也是需要同学们在实验中认真探究的内容 是实验设计探究的不同情况 是正确的 故选项d正确 6 2011 泰安高二检测 在光滑水平桌面上有两个小球 甲球的质量为2kg 乙球的质量为1kg 甲球以4m s的速度和原来静止的乙球发生对心碰撞 则下列说法正确的是 a 碰撞后甲球的速度为零 乙球的速度为8m s 方向与甲球原来的速度方向相同b 碰撞后甲球的速度一定变小c 仅根据上述条件无法求出碰撞后两球的速度大小d 以上说法均不正确 解析 选b c 根据实验探究的结论 碰撞前后两球质量与其速度的乘积相等 乙球一定获得一定的速度 具有动能 并且碰撞前后有能量损失 可以得出碰撞后甲球的速度一定减小 但仅根据上述条件是无法求出碰撞后两球的速度大小的 故选项b c正确 二 非选择题7 某同学用如图所示装置通过半径相同的a b两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量 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槽末端的地方 让a球仍从位置g由静止开始滚下 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 其中厘米刻度尺水平放置 且平行于g r o所在的平面 厘米刻度尺的零点与o点对齐 1 碰撞后b球的水平射程应取 cm 2 在以下选项中 本次实验必须进行的测量是 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 测量a球与b球碰撞后 a球落点位置到o点的距离c 测量a球与b球的质量d 测量g点相对于水平槽面的高度 解析 1 题图中画出了b球的10个落点位置 实验中应取平均位置 方法是 用最小的圆将所有点圈在里面 圆心位置即为落点平均位置 找准平均位置 读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位 答案为64 7cm 64 2cm到65 2cm的范围内都正确 2 本实验把被碰小球放在靠近槽末端的地方 使得被碰小球b和入射小球a都从o点开始做平抛运动 且两球平抛时间相同 若以平抛时间为单位时间 则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度 设a未碰b 平抛水平位移为xa a b相碰 后 a b两球的水平位移分别为xa xb a b质量分别为ma mb 则碰前 maxa 碰后maxa mbxb 要验证mv的矢量和在碰撞中是否守恒 即验证以上两式中质量与位移的乘积之和是否相等 故该实验应测量的物理量有 ma mb xa xa xb 选项a b c正确 答案 1 64 7 64 2 65 2都正确 2 a b c 8 探究创新 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分别碰撞时 电子计时器自动停表 记下a至c运动时间t1 b至d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 在调整气垫导轨时应注意 应测量的数据还有 作用前a b两滑块质量与速度乘积之和为 作用后a b两滑块质量与速度乘积之和为 解析 为了保证滑块a b作用后做匀速直线运动 必须使气垫导