高中物理选修3-5人教版课时素养提升16-1实验探究碰撞中的不变量

课时素养提升一实验：探究碰撞中的不变量(25分钟50分)1.(8分)用图示装置研究碰撞中的不变量，气垫导轨水平放置，挡光板宽度为9.0mm，两滑块被弹簧弹开后，左侧滑块通过左侧光电计时器0.040s，右侧滑块通过右侧光电计时器，记录时间为0.060s，左侧滑块质量为100g，左侧滑块m1v1大小为_____g·m/s，右侧滑块质量为149g，两滑块质量与速度乘积的矢量和m1v1+m2v2=_______g【解析】左侧滑块的速度为：v1=QUOTE=QUOTE=0.225m/s，则左侧滑块m1v1=100g×0.225m/s=22.5g·m/s；右侧滑块的速度为：v2=QUOTE=QUOTEm/s=0.15m/s，则右侧滑块m2v2=149g×(-0.15m/s)≈-22.4g·可见在误差允许的范围内两滑块m1v1+m2v2=0。答案：22.502.(12分)如图所示为某同学设计的一种探究动量守恒定律的实验装置和原理图。长木板固定在水平桌面上，一端伸出桌面，另一端装有竖直挡板，轻弹簧的一端固定在竖直挡板上，另一端被入射小球从自然长度位置A点压缩至B点，释放小球，小球沿木板从右端水平抛出，落在水平地面上的记录纸上，重复10次，确定小球的落点位置；再把被碰小球放在木板的右边缘处，重复上述实验10次，在记录纸上分别确定入射小球和被碰小球的落点位置。(1)关于实验的要点，下列说法正确的是_______。

A.入射小球的质量必须大于被碰小球的质量B.入射小球的半径必须与被碰小球的半径相同C.长木板必须尽可能地光滑D.用重垂线的目的是确定长木板的右端在地面的投影位置E.实验重复10次，是为了从小球的落地点中找出一个最清晰的点作为最终落地点(2)入射小球前、后两次的落地位置分别为原理图中的_________两点；若入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则实验需要验证的表达式为_______________。(用图中字母表示)

【解析】(1)为了保证碰撞后两球都能从长木板飞出，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，选项A正确；为了保证两球发生正碰，入射小球的半径必须与被碰小球的半径相同，选项B正确；长木板可以不光滑，只要保证每次弹簧的压缩量相同，每次入射小球与被碰小球碰撞前的速度便会相同，选项C错误；用重垂线的目的是确定长木板的右端在地面的投影位置，以便准确测量出小球平抛运动的水平位移，选项D正确；实验重复10次，是为了从小球的落地点中找出小球落地点的中心位置，以减小实验误差，选项E错误。(2)入射小球前、后两次的落地点位置分别为原理图中的Q、P两点，由于平抛运动的时间相同，速度与水平位移成正比，实验需要验证的表达式为m1·OQ=m1·OP+m2·OR。答案：(1)A、B、D(2)Q、Pm1·OQ=m1·OP+m2·OR3.(15分)有甲、乙两辆小车，质量分别为m1=302g，m2=202g，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，跟乙小车发生碰撞后粘合在一起共同运动。这个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为(1)从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为_______s。(结果保留两位有效数字)

(2)碰撞前甲车的质量与速度的乘积大小为_________kg·m/s，碰后两车的质量与速度的乘积为_________kg·m/s。(结果保留三位有效数字)

(3)两车碰撞过程中，两车的质量与速度的乘积如何变化？【解析】从纸带上0点开始每0.02s内甲车位移分别为13.2mm、13.5mm、13.5mm、12.6mm、11.7mm、10.8mm、9.9mm、9mm、8.1mm、8mm、8mm。(1)从以上数据可知从第3个点到第8个点是碰撞过程，则t=5×0.02s=0.10s，该段时间内甲车做减速运动。(2)甲车与乙车碰前速度v1=QUOTE×10-3m/s=0.670m/s，碰前甲车质量与速度的乘积m1v1=0.302kg×0.670m/s=0.202kg·m/s；碰后两车的速度v′2=v′1=v′=QUOTE×10-3m/s=0.402m/s，碰后两车的质量与速度的乘积(m1+m2)v′=(0.302+0.202)×0.402kg·m/s=0.203kg·m/s。(3)在误差范围内，两车的质量与速度的乘积保持不变，即m1v1=(m1+m2)v′。答案：(1)0.10(2)0.2020.203(3)见解析4.(15分)利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”的实验。(1)实验要求研究两滑块碰撞时动能损失最小和最大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选图中的_______(选填“甲”或“乙”)，若要求碰撞时动能损失最小则应选图中的_______(选填“甲”或“乙”)。(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)

(2)某次实验时碰撞前滑块B静止，滑块A匀速向滑块B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图丙所示。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，两滑块A、B均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10cm处。若两滑块A、B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，两滑块A、B质量比mA∶mB【解析】(1)若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后粘合在一起，故应选图中的乙；若要求碰撞时动能损失最小，则应使两滑块发生弹性碰撞，即选图中的甲。(2)由题图丙可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10cm处，第二次A在x=30cm处，第三次A在x=50cm处，碰撞在x=60cm处。从第三次闪光到碰撞的时间为QUOTE，则可