2020版高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量知能巩固提升 新人教版选修3-5

2020版高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量知能巩固提升 新人教版选修3-5

‎2020版高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量知能巩固提升 新人教版选修3-5 ‎ ‎1.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中，哪些因素可导致实验误 差( )‎ A.导轨安放不水平 B.小车上的挡光板倾斜 C.两小车的质量不相等 D.两小车碰后连在一起 ‎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 ‎3.(2020·铜陵高二检测)质量分别为m1=‎1 kg和m2=‎3 kg的两个物体在光滑水平面上正碰，碰撞时间忽略不计，其x-t图象如图所示，试通过计算回答：碰撞前后的总动量是否守恒？‎ ‎4.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10‎ ‎ Hz.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‎200 g、‎300 g，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，本实验得出的结论是________________.‎ ‎5.气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计).‎ 采用的实验步骤如下：‎ a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；‎ b.调整气垫导轨，使导轨处于水平；‎ c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；‎ d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；‎ e.按下电钮放开卡销，同时让分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.‎ ‎(1)实验中还应测量的物理量及其符号是____________________________.‎ ‎(2)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___________.‎ ‎(3)作用前、后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有________________________________(至少答出两点).‎ ‎6.(2020·南通高二检测)某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的守恒量的实验.气垫导轨装置如图甲所示，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.‎ ‎(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乙所示；‎ ‎⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为‎310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为‎205 g ‎.试完善实验步骤⑥的内容.‎ ‎(2)已知打点计时器每隔0.02 s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m1v12+m2v22=__________kg·m2/s2;‎ 碰撞后m1v′12+m2v′22=__________kg·m2/s2.‎ 计算碰撞前=__________m/s·kg;‎ 碰撞后=__________m/s·kg.‎ ‎(3)通过以上计算可知，碰撞中的守恒量应是__________.‎ ‎(4)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是__________.‎ ‎7.(2020·衡水高二检测)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＝__________；mAv′A＝__________；mBv′B＝__________.‎ 答案解析 ‎1.【解析】选A、B.导轨不水平，小车速度将会受重力影响，A选项正确；挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，导致速度计算出现误差，B选项正确；两小车的质量不相等以及两小车碰后连在一起不会影响实验探究的结果，C、D选项错误.‎ ‎2.【解析】选A、B、D.两线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mgh=mv2-0,即初速度为0时碰前的速度为v=，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.【解析】碰撞前：v1=‎4 ‎m/s,v2=0,‎ m1v1+m2v2=1×‎4 kg·m/s+0=‎4 kg·m/s 碰撞后：v′1=-‎2 m/s,v′2=‎2 m/s,‎ m1v′1+m2v′2=1×(-2) kg·m/s+3×‎2 kg·m/s ‎=‎4 kg·m/s 所以碰撞前后的总动量守恒.‎ 答案:见解析 ‎4.【解析】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=‎0.09 m/s，v′B=‎0.06 m/s，‎ mAv′A=0.2×‎0.09 kg·m/s=‎0.018 kg·m/s mBv′B=0.3×‎0.06 kg·m/s=‎0.018 kg·m/s 由此可得：mAv′A=mBv′B，即0=mBv′B-mAv′A 结论：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 ‎5.【解析】A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上的运动可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到C、B到D的时间t1和t2，测出两滑块的质量，就可以探究碰撞中的不变量.‎ ‎(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离L2.‎ ‎(2)设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为.碰前两滑块静止，即v=0，质量与速度乘积之和为0，碰后两滑块的质量与速度乘积之和为.‎ ‎(3)产生误差的原因：‎ ‎①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量有误差；‎ ‎②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；‎ ‎③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；‎ ‎④气垫导轨不完全水平.‎ 答案:(1)B的右端至挡板D的距离L2‎ ‎(2)0 ‎ ‎(3)①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量有误差；‎ ‎②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；‎ ‎③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；‎ ‎④气垫导轨不完全水平.(答出其中两点即可)‎ ‎6.【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=‎2 m/s m1v1=0.31×‎2 kg·m/s=‎0.620 kg·m/s 碰撞前滑块2的速度v2=0‎ 两滑块具有相同的速度 v=(0.168/0.14)m/s=‎1.2 m/s m1v1′+m2v2′=(m1+m2)v=(0.310+0.205)×‎1.2 kg·m/s=‎0.618 kg·m/s m1v12+m2v22=‎1.24 kg·m2/s2‎ m1v′12+m2v′22=‎0.742 kg·m2/s2‎ ‎=‎6.45 m/s·kg ‎=‎9.72 m/s·kg ‎(3)通过以上计算可知，碰撞中的守恒量应是滑块1、2碰撞前后的质量与速度乘积的矢量和.‎ ‎(4)计算结果不完全相等的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦.‎ 答案:(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1‎ ‎(2)0.620 0.618 1.24 0.742 6.45 9.72‎ ‎(3)滑块1、2碰撞前后的质量与速度乘积的矢量和 ‎(4)纸带与打点计时器限位孔有摩擦 ‎7.【解析】小球A在碰撞前后摆动，满足机械能守恒.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.要得到碰撞前后的mv，要测量mA、mB、α、β、L、H、x等，对A，由机械能守恒得 mAgL(1-cosα)=mAvA2，则：‎ mAvA=mA.‎ 碰后对A，有mAgL(1-cosβ)=mAv′A2，则：‎ mAv′A=mA.‎ 碰后B做平抛运动，有x=vB′t,H=gt2,‎ 所以mBvB′=mBx.‎ 答案:(1)B球平均落点 (2)mA、mB、α、β、L、H、x ‎(3) ‎