专题12-11+探究碰撞中的守恒量-2019年高考物理100考点最新模拟题千题精练

专题12-11+探究碰撞中的守恒量-2019年高考物理100考点最新模拟题千题精练

‎100考点最新模拟题千题精练12-11‎ ‎1.在“探究碰撞中的不变量”的实验中，下面是某实验小组选用水平气垫导轨，光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验装置如图所示。‎ 实验过程：‎ ‎（1）调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作。‎ ‎（2）在滑块1上装上挡光片并测出其长度L。‎ ‎（3）在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶纸）。‎ ‎（4）用天平测出滑块1和滑块2的质量m1和m2.‎ ‎（5）把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态（v2=0），滑块1以初速度v1与之碰撞（这时光电计时器系统自动记录时间），碰撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰撞前经过光电门的时间t1和碰撞后经过光电门的时间t2。‎ ‎（6）根据v=L/t计算滑块1碰撞前经过光电门的速度表达式为 ，碰撞后两滑块粘合在一起经过光电门的速度表达式为 。计算出滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰撞前后的动量的矢量和。‎ 根据表格中实验数据，完成表格内容（表中计算结果保留三位有效数字）‎ m1=0.324kg，m2=0.181kg，L=1.00×10-3m 次数 滑块1‎ 滑块2‎ 碰撞前系统动量（kgm/s）‎ 碰撞后系统动量kgm/s 碰撞前v1/（m/s）‎ 碰撞后v/（m/s）‎ 碰撞前 v2/（m/s）‎ 碰撞后v/（m/s）‎ m1v1‎ m2v2‎ ‎（m1+ m2）v1‎ ‎1‎ ‎0.290‎ ‎0.184‎ ‎0‎ ‎0.184‎ ‎2‎ ‎0.426‎ ‎0.269‎ ‎0‎ ‎0.269‎ 结论 ‎（7）若要证明上述碰撞是非弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为 。‎ ‎（用上面所测物理量的符号即m1、m2、t1、t2、L表示。）‎ ‎【参考答案】（6） ‎ 完成表格内容.‎ 次数 滑块1‎ 滑块2‎ 碰撞前系统动量（kgm/s）‎ 碰撞后系统动量kgm/s 碰撞前v1/（m/s）‎ 碰撞后v/（m/s）‎ 碰撞前 v2/（m/s）‎ 碰撞后v/（m/s）‎ m1v1‎ m2v2‎ ‎（m1+ m2）v ‎1‎ ‎0.290‎ ‎0.184‎ ‎0‎ ‎0.184‎ ‎0.0940‎ ‎0‎ ‎0.0920‎ ‎2‎ ‎0.426‎ ‎0.269‎ ‎0‎ ‎0.269‎ ‎0.138‎ ‎0‎ ‎0.136‎ 结论 在误差允许的范围内，系统碰撞前后动量的矢量和相等，即系统碰撞前后不变的量是系统的总动量。‎ ‎（7）m1 >（m1+ m2）‎ ‎2.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)在以下四个选项中，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′，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．‎ ‎【参考答案】　(1)64.7(64.2～65.2均可)　(2)ABC ‎(3)mAxA＝mAxA′＋mBxB′‎ ‎(3)依题意知，碰撞前A球做平抛运动的水平位移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．‎ ‎3.如图甲所示,在水平光滑轨道上停着A、B两辆实验小车,A车上系有一穿过打点计时器的纸带。当A车获得水平向右的速度时,随即启动打点计时器,A车运动一段距离后,与静止的B车发生正碰并连在一起运动。纸带记录下碰撞前A车和碰撞后两车的运动情况,如图乙所示。打点计时器电源频率为50 Hz,则碰撞前A车速度大小为　　　　m/s,碰撞后的共同速度大小为 ‎　　　　m/s。如果已知碰撞过程中mv是不变量,则可求得mA∶mB=　　　　。‎ ‎【参考答案】0.60　0.40　2∶1‎ ‎4.用如图所示装置做“探究碰撞中的不变量”的实验,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推到与竖直线夹角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s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'=　　　　。‎ ‎【参考答案】(1)落地点　(2)mA、mB、α、β、h、l、s ‎(3)mA　 mA mBs ‎【名师解析】图中s应是B球初始位置到落地点的水平距离。碰前A球到最低点时的速度满足 mA=mAgl(1-cosα),mAvA=mA。碰后A球:mAvA'2=mAgl(1-cosβ),mAvA'=mA。‎ 碰后B球:vB'=,mBvB'=mBs。‎ ‎5.某同学用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。先让a球从斜槽轨道上某固定点由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复 10次;再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。‎ ‎(1)本实验必须测量的物理量有以下的 ‎ A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H;‎ B.小球a、b的质量ma、mb;‎ C.小球a、b的半径r;‎ D.小球a、b在离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间;‎ E.记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC;‎ F.a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h。‎ ‎ (2)小球a、b的质量应该满足关系 　。 ‎ ‎(3)放上被碰小球后两小球下落时间 （填写“相同”“a大于b”“a小于b”）。‎ ‎（4）放上被碰小球b后，这时小球a、b的落地点依次是图中水平面上的　　　点和　　　点。‎ ‎(5)按照本实验方法,探究守恒量的式子是 　。‎ ‎【参考答案】(1)B、E (2)ma>mb (3)相同　(4)　A　C ‎(5)ma·OB=mb·OA+mb·OC ‎（4）放上被碰小球b后，这时小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点。‎ ‎(5)探究碰撞中的不变量mv，表达式为mav0=mav1+mbv2,两侧都乘以时间t,有mav0t=mav1t+mbv2t,所以按照本实验方法,探究守恒量的式子是ma·OB=ma·OA+mb·OC。‎ ‎6.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图16－1－2所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．‎ ‎（1）若已得到打点纸带如图16－1－3所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)．‎ 图16－1－3 (2)已测得小车A的质量mA＝0.40 kg，小车B的质量mB＝0.20 kg，由以上测量结果可得，碰前：‎ mAvA＋mBvB＝__________ kg·m/s；碰后：mAvA′＋mBvB′＝__________kg·m/s.‎ ‎（3）通过计算得出的结论是 。‎ ‎【参考答案】(1)BC　DE　(2)0.42　0.417‎ ‎(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的 ‎7.如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B做“探究碰撞中的不变量”的实验：‎ ‎①把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态．‎ ‎②按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间t1、B至D运动时间t2.‎ ‎③重复几次，取t1、t2的平均值．‎ 请回答以下几个问题：‎ ‎(1)在调整气垫导轨时应注意_______________________________________________；‎ ‎(2)应测量的数据还有________________________________________________________；‎ ‎(3)碰撞前A、B两滑块的速度与质量乘积之和为___________ _______________，‎ 碰撞后A、B两滑块的速度与质量乘积之和为__________________________________．‎ ‎【参考答案】(1)用水平仪调整气垫导轨使其水平　‎ ‎(2)A至C的距离L1、B至D的距离L2‎ ‎(3)0　(M＋m)－M ‎8．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，向导轨空腔内不断通入压缩空气，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向气垫导轨空腔内通入压缩空气；‎ ‎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与弹射架并固定在滑块1的左端，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的质量为‎310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为‎205 g.‎ 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，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________ kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为______ kg·m/s(保留三位有效数字)．‎ ‎(3)由此可知碰撞中的守恒量是____________________________________________．‎ ‎【参考答案】(1)接通打点计时器的电源 　放开滑块1　(2)0.620　0.618‎ (3) 两滑块组成的系统的总动量 ‎ (3)由此可知碰撞中的守恒量是两滑块组成的系统的总动量。‎ ‎9．（2017广西五市考前联考）如图所示，某同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球（小球与弹簧不连接），压缩弹簧并锁定，该系统放在内壁光滑的金属管中（管径略大于两球直径），金属管水平固定在离地面一定高度处，解除弹簧锁定，两小球向相反方向弹射，射出管时均已脱离弹簧，现要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，并探究弹射过程遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，重力加速度大小取g，按下述步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出小球P和Q的质量分别为；‎ ‎②用刻度尺测出管口离地面的高度h；‎ ‎③解除锁定记录两球在水平地面上的落点N、M；‎ 根据该同学的实验，回答下列问题：‎ ‎（1）除上述测量外，要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，还需要测量的物理量是 A．弹簧的压缩量 B．P、Q两球落地点M、N到对应管口的水平距离 C．金属管的长度L D．两球从弹出到落地的时间 ‎（2）根据测量物理量可得弹性势能的表达式_____________________________________。‎ ‎（3）如果满足关系式_______________________，则说明弹射过程中轻弹簧和两金属球组成的系统动量守恒（用测得的物理量符号表示）。‎ ‎【参考答案】（1）B（2）（3）‎ ‎【名师解析】（1）要测定弹射装置锁定时具有的弹性势能，根据能量守恒定律，需要测量出弹出时两端小球的动能，即测量出小球质量和速度。根据平抛运动规律，要得到速度，需要测量出P、Q两球落地点M、N到对应管口的水平距离，选项B正确；‎ ‎（2）弹性势能的表达式Ep=m1v12+ m2v22，根据平抛运动规律，x1=v1t，x2=v2t，h=gt2，联立解得：。‎ ‎（3）由动量守恒定律，m1v1= m2v2，而x1=v1t，x2=v2t，所以如果满足关系式，则说明弹射过程中轻弹簧和两金属球组成的系统动量守恒。‎