物理（人教版）新课堂选修3-5学业分层测评第16章1实验探究碰撞中的不变量1

学业分层测评(一)(建议用时：45分钟)1．在利用平抛运动做“探究碰撞中的不变量”实验中，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端的切线保持水平，这样做的目的是()A．入射球得到较大的速度B．入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向C．入射球与被碰球碰撞时动能无损失D．入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出【解析】实验中小球能水平飞出是实验成功的关键，只有这样才能使两个小球在空中运动时间相等．【答案】B2．(多选)在用打点计时器做“探究碰撞中的不变量”实验时，下列哪些操作是正确的()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】车的质量可以用天平测量，没有必要一个用钉子而另一个用橡皮泥配重．这样做的目的是为了碰撞后两车粘在一起有共同速度，选项B正确；打点计时器的使用原则是先接通电源，C项正确．【答案】BC3．如图16­1­8甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车上系有一穿过打点计时器的纸带，当甲车获得水平向右的速度时，随即启动打点计时器．甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况，如图乙所示，电源频率为50Hz，则碰撞前甲车速度大小为________m/s，碰撞后两车的共同速度大小为________m/s.【导学号：】图16­1­8【解析】碰撞前Δx＝1.2cm，碰撞后Δx′＝0.8cm，T＝0.02s，由v＝eq\f(x,t)计算．【答案】0.60.44．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16­1­9甲所示．甲乙图16­1­9(1)长木板右端下面垫放一小木片的目的是___________________________________________________________________________________.(2)若已获得的打点纸带如图16­1­9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____________________________________________________________________________________________________________.【导学号：】【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的时间等于D到E的时间，所以可以用BC代表小车碰前的速度，用DE代表碰后的速度，应有mA·BC＝(mA＋mB)·DE.【答案】(1)平衡摩擦力(2)mA·BC＝(mA＋mB)·DE图16­1­105．某同学用如图16­1­10所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律．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，得到了如图16­1­11所示的三个落地点．图16­1­11(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置？________________________________________________________________________________________________________________________.并在图中读出OP＝________.(2)已知mA∶mB＝2∶1，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是________球的落地点，P是________球的落地点．(3)用题中的字母写出动量守恒定律的表达式_________________________________________________________________________________.【导学号：】【解析】(1)用最小的圆把所有落点圈在里面，则此圆的圆心即为落点的平均位置．OP＝13.0cm.(2)R应是被碰小球B的落地点，P为入射小球A碰撞后的落地点．(3)小球落地时间t相同，由mA·eq\f(\x\to(OQ),t)＝mAeq\f(\x\to(OP),t)＋mBeq\f(\x\to(OR),t)可知，动量守恒的验证表达式为：mA·eq\x\to(OQ)＝mA·eq\x\to(OP)＋mB·eq\x\to(OR).【答案】(1)用最小的圆把所有落点圈在里面，圆心即为落点的平均位置13.0cm(2)BA(3)mA·eq\x\to(OQ)＝mA·eq\x\to(OP)＋mB·eq\x\to(OR)6.某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验．气垫导轨装置如图16­1­12所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，导轨空腔内不断通入的压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．图16­1­12(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图16­1­13所示；图16­1­13⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.试完善实验步骤⑥的内容．(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算结果保留三位有效数字．计算碰撞前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s；碰撞后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s.计算碰撞前m1veq\o\al(2,1)＋m2veq\o\al(2,2)＝________kg·m2/s2；碰撞后m1v′eq\o\al(2,1)＋m2v′eq\o\al(2,2)＝________kg·m2/s2.计算碰撞前eq\f(v1,m1)＋eq\f(v2,m2)＝________m/(s·kg)；碰撞后eq\f(v1′,m1)＋eq\f(v2′,m2)＝________m/(s·kg)．(3)通过以上计算可知，碰撞中的不变量应是_________________________________________________________________________________________.(4)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_______________________________________________________________________________________.【导学号：】【解析】(1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块1.(2)碰撞前滑块1的速度v1＝(0.2/0.1)m/s＝2m/sm1v1＝0.31×2kg·m/s＝0.620kg·m/s碰撞前滑块2的速度v2＝0碰撞后两滑块具有相同的速度v＝(0.168/0.14)m/s＝1.2m/sm1v1′＋m2v2′＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/sm1veq\o\al(2,1)＋m2veq\o\al(2,2)＝1.24kg·m2/s2m1v′eq\o\al(2,1)＋m2v′eq\o\al(2,2)＝0.742kg·m2/s2eq\f(v1,m1)＋eq\f(v2,m2)＝6.45m/(s·kg)eq\f(v1′,m1)＋eq\f(v2′,m2)＝9.7