2024-2025学年高中物理第16章动量守恒定律第1节实验：探究碰撞中的不变量课堂练习含解析新人教版选修3-5

PAGE3-试验：探究碰撞中的不变量1．(2024·山东省高密一中高二下学期检测)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消退掉摩擦力的影响，因此成为重要的试验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计协作运用能完成很多试验。现供应以下试验器材：(名称、图象、编号如图所示)利用以上试验器材还可以完成“探究一维碰撞中的守恒量”的试验。为完成此试验，某同学将试验原理设定为：m1v0＝(m1＋m2)v(1)针对此原理，我们应选择的器材编号为：__ABC__。(2)在我们所选的器材中：__B__器材对应原理中的m1(填写器材编号)。解析：该试验的原理为m1v0＝(m1＋m2)v，两个物体最终粘在一起，一起运动，通过光电门可以测量速度的大小，所以应选择的器材为A、B、C。因为m1应当是先运动的滑块，不是静止的滑块，所以对应的器材是B。2．(2024·山东省昌乐二中高二下学期检测)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的试验：将打点计时器固定在光滑的长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图1，碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好试验装置后，先接通电源然后轻推小车A，使A获得肯定的速度，电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点，已知电源频率为50Hz。(1)试验中打出的纸带如图2所示，并测得各计数点间距标在图上，则应选__BC__段计算A的碰前速度；应选__DE__段计算A和B碰后的共同速度(选填：“BC”、“CD”或“DE”)。(2)已测得小车A的质量m1＝0.20kg，小车B的质量m2＝0.10kg，由以上测量结果可得：碰前m1v1＝__0.21__kg·m/s；碰后(m1＋m2)v2＝__0.20__kg·m/s。(计算结果保留两位有效数字)(3)由以上试验结果，可知在误差允许的范围内，AB碰撞过程中__质量m与速度v的乘积之和__不变。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。(2)A碰前的速度：v1＝eq\f(\x\to(BC),t)＝eq\f(0.105,0.1)m/s＝1.05m/s碰后共同速度：v2＝eq\f(\x\to(DE),t)＝eq\f(0.068,0.1)m/s＝0.68m/s碰前：m1v1＝0.2×1.05kg·m/s＝0.21kg·m/s碰后：(m1＋m2)v2＝0.3×0.68kg·m/s＝0.20kg·m/s可知在误差允许范围内，AB碰撞过程中，质量m与速度v的乘积之和保持不变。3．(2024·湖南省长沙市高二下学期检测)用如图所示装置来进行探究碰撞的不变量的试验，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，球心离地面高度为H；质量为mA的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角为α。球A由静止释放，摆到最低点时恰与球B发生正碰，碰撞后，A球把轻质指示针C推移到与竖直线夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺有一张覆盖有复写纸的白纸D，用来记录球B的落点。保持α角度不变，多次重复上述试验，在白纸上记录到多个B球的落地点。(1)图中s应是B球初始位置到__B球落地点__的水平距离。(2)为了探究碰撞中的守恒量，应测得mA、mB、L、α、β、H、s等物理量。(3)用测得的物理量表示：mAvA＝__mAeq\r(2gL1－cosα)__；mAv′A＝__mAeq\r(2gL1－cosβ)__；mBv′B＝__mB·seq\r(\f(g,2H))__。解析：本题须要求解出A、B碰撞前、后的速度。B碰撞前静止，碰后做平抛运动，要求其平抛运动的初速度则需了解B碰后的水平位移，则s为B球的初始位置到落地点的水平距离，由平抛运动的学问可得B碰后的速度为v′B＝eq\f(s,t)＝eq\f(s,\r(\f(2H,g)))。由机械能守恒定律可得A碰前的速度为vA＝eq\r(2gL1－cosα)，同理可得A碰后的速度为v′A＝eq\r(2gL1－cosβ)。明显须要测得的物理量有：mA、mB、L、α、β、H、s。4．(2024·福建省“永安一中、德化一中、漳平一中”三校协作高二下学期联考)某同学在做“探究碰撞中的不变量”试验中，所用装置如图所示。(1)下面是本试验部分测量仪器或工具，须要的是__BC__。A．秒表 B．天平C．刻度尺 D．弹簧秤(2)为了完成本试验，下列必须要求的试验条件是__AC__。A．斜槽轨道末端的切线必需水平B．入射球和被碰球的质量必需相等C．入射球和被碰球大小必需相同D．入射球每次不必从轨道的同一位置由静止滚下(3)某次试验中得出的落点状况如图所示，假设碰撞过程中质量与速度的乘积mv守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为__4∶1__。解析：(1)本试验须要天平称量物体的质量，须要刻度尺测量长度，故选BC。(2)要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必需水平，故A正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1＞m2，防止碰后m1被反弹，故B错误；为保证两球正碰，则两球大小必需相等，选项C正确；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必需从轨道的同一位置由静止滚下，故D错误；