2016-2017学年高二物理人教版选修3-5 Word版含解析

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绝密★启用前 人教版选修3-5 第十六章 动量守恒定律 第01课时 实验：探究碰撞中的不变量 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1.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 ‎2．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 ‎3.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 ‎4．用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时，必须注意的事项是(　　)‎ A．A到达最低点时，两球的球心连线可以不水平 B．A到达最低点时，两球的球心连线要水平 C．多次测量减小误差时，A球必须从同一高度下落 D．多次测量减小误差时，A球必须从不同高度下落 ‎5．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量的实验：在小车A的前端黏有橡皮泥，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相碰并黏合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片．则( )‎ A．长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动 B．实验过程中应先接通电源，再让小车A运动 C．计算碰撞前后小车的速度时，在纸带上任选对应过程的一段即可 D．此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能守恒 ‎6．在实验室里为了验证动量守恒定律，可以采用如图所示的装置．若入射小球质量为，半径为；被碰小球质量为，半径为，则 ( )‎ ‎ A．，‎ B．，‎ C．，‎ D．，‎ ‎7．在光滑桌面上有两个小球，甲球的质量为2 kg，乙球的质量为1 kg，乙球静止，甲球以4 m/s的速度和乙球对心相碰，下列说法正确的是(　　)‎ A．碰撞后甲球的速度为0，乙球的速度为8 m/s，方向与甲球原来的速度方向相同 B．碰撞后甲球的速度变小，乙球开始运动 C．碰撞后两球的速度无法确定 D．以上结论都不正确 ‎8.在气垫导轨上的两个滑块P、Q，质量分别为m1、m2，已知它们碰撞后的速度分别为v1′、v2′，碰撞前P的速度为v1，则碰撞前Q的速度v2为 (　　)‎ A．0 B．v1′＋v2′－ v1‎ C． D．‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．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9.0 mm，两滑块被弹簧弹开后，左侧滑块通过左侧光电计时器，记录时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧光电计时器，记录时间为0.060 s，左侧滑块质量100 g，左侧滑块m1v1大小________g·m/s，右侧滑块质量149 g，两滑块质量与速度乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s.‎ ‎10．在“探究碰撞中不变量”的实验中称得入射小球1的质量m1＝15 g，被碰小球2的质量m2＝10 g，由实验得出它们在碰撞前后的位移—时间图线如图中的1、1′、2′曲线所示，则由图可知，入射小球在碰前m1v1＝________g·cm/s，入射小球在碰后m1v1′＝________g·cm/s，被碰小球m2v2′＝________g·cm/s.由此可得出结论___________。‎ ‎11.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α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为β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α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)为了探究碰撞中的守恒量，应测得________________等物理量．‎ ‎(3)用测得的物理量表示：‎ mAvA＝_________ _______；‎ mAvA′＝________________；‎ mBvB′＝________________．‎ ‎12．某同学设计如图 (甲)所示的装置，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(乙)所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐．‎ ‎(1)碰撞后B球的水平射程是________cm.‎ ‎(2)在以下的选项中，本次实验必须进行的测量是________．‎ A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，A、B两球落点位置到O点的距离 C．A、B两球的质量 D．G点相对于水平槽面的高度 ‎(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA，碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′，A、B两球的质量分别为mA、mB，已知A、B两球半径均为r，则通过式子________________即可验证A、B两球碰撞中的不变量．‎ 人教版选修3-5 第十六章 动量守恒定律 第01课时 实验：探究碰撞中的不变量 参考答案及解析 一、选择题 ‎【答案】‎ ‎1.C ‎【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，C正确。‎ ‎【答案】‎ ‎2.BC ‎【解析】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，选项A错、B正确；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，故选项C正确、D错．‎ ‎【答案】‎ ‎3.BCD ‎【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】‎ ‎4.BC ‎【解析】要保证一维对心碰撞，必须在碰撞时球心在同一高度，A错误,选项B正确；多次测量求平均值，必须保证过程的重复性，A球必须从同一高度下落，D错误,选项C正确．‎ ‎【答案】‎ ‎5.AB ‎【解析】用小木片将长木板一端垫起的目的是平衡摩擦力，使小车在碰撞前后能做匀速运动，A正确；实验中为了在纸带上打出更多的点，以及为了打点的稳定，具体操作中要求先启动打点计时器然后释放小车，B正确；在计算碰撞前后小车的速度时，应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度，C错误；小车A与原来静止在前方的小车B相碰黏合在一体，系统的机械能会损失，所以此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能不守恒，D错误。‎ ‎【答案】‎ ‎6.C ‎【解析】为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：m1＞m2，为了使两球发生对心正碰，两小球的半径相同，r1=r2，故C正确。‎ ‎【答案】‎ ‎7.BC　‎ ‎【解析】根据实验探究的结果m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′可知，碰撞前甲球的速度为v1，乙球的速度为0，碰撞后两球的速度各是多大无法确定，利用牛顿第二定律知，甲球受到阻碍，速度应该变小，乙球受到冲击，开始运动，故选项B、C正确。‎ ‎【答案】‎ ‎8.D ‎【解析】根据实验探究的结果m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'可知,可解得 v2=,所以选项D正确。‎ 二、非选择题 ‎【答案】‎ ‎9.‎ ‎22.5　0‎ ‎【解析】左侧滑块的速度为：v1＝＝＝0.225 m/s 则左侧滑块m1v1＝100 g×0.225 m/s＝22.5 g·m/s 右侧滑块的速度为：v2＝＝＝0.15 m/s 则右侧滑块m2v2＝149 g×(－0.15 m/s)≈－22.4 g·m/s 可见在误差允许的范围内两滑块m1v1＋m2v2＝0.‎ ‎【答案】‎ ‎10.‎ ‎1 500　750　750 碰撞过程中系统的动量守恒 ‎【解析】v1＝＝＝100 cm/s，所以m1v1＝15 g×100 cm/s＝1500g·cm/s，v1′=＝＝50cm/s，m1v1′＝15 g×50 cm/s＝750g·cm/s，v2′＝＝＝75 cm/s，m2v2′＝10 g×75cm/s＝750g·cm/s，又1500g·cm/s=750g·cm/s+750g·cm/s，即碰撞前后两物体的质量和速度满足关系式m1v1＝m1v1′＋m2v2′。由此可得出结论碰撞过程中系统的动量守恒。‎ ‎【答案】‎ ‎11.‎ ‎(1)B球平均落点 ‎(2)mA、mB、α、β、L、H、x ‎(3)mA mA mBx ‎【解析】(1)小球A在碰撞前后摆动，满足机械能守恒定律．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．(2)要得到碰撞前后的mv，要测量mA、mB、α、β、L、H、x等，‎ ‎(3)对A，由机械能守恒定律得 mAgL(1－cos α)＝mAv，则：‎ mAvA＝mA.‎ 碰后对A，有mAgL(1－cos β)＝mAvA′2，则：‎ mAvA′＝mA.‎ 碰后B做平抛运动，‎ 有x＝vB′t，H＝gt2.‎ 所以mBvB′＝mBx.‎ ‎【答案】‎ ‎12.‎ ‎(1)65.0(64.5～65.5均可)‎ ‎(2)ABC ‎(3)mAxA＝mAxA′＋mBxB′‎ ‎【解析】(1)由于偶然因素的存在，重复操作时小球的落点不可能完全重合，如图(乙)所示，处理的办法是用一个尽可能小的圆将“所有落点位置”包括在内(其中误差较大的位置可略去)，此圆的圆心即可看做小球10次落点的平均位置，则碰撞后B 球的水平射程等于圆心到O点的距离，由图(乙)可得此射程约为65.0 cm.‎ ‎(2)由于A、B离开水平槽末端后均做平抛运动，平抛高度相同，运动时间相等，因此可以用平抛运动的水平位移表示小球做平抛运动的初速度，没有必要测量G点相对于水平槽面的高度，故A、B均正确，D错误；要验证碰撞前后质量与速度的乘积是否守恒，必须测量A、B两球的质量，C正确．‎ ‎(3)依题意知，碰撞前A球做平抛运动的水平位移为xA，碰撞后A、B做平抛运动的水平位移分别为xA′、xB′，由于碰撞前、后两球做平抛运动的时间相等，因此通过式子mAxA＝mAxA′＋mBxB′即可验证A、B两球碰撞中的不变量．‎