(浙江專版)2018年高中物理 第十六章 動量守恒定律 第1節(jié) 實(shí)驗(yàn):探究碰撞中的不變量學(xué)案 新人教版選修3-5

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(浙江專版)2018年高中物理 第十六章 動量守恒定律 第1節(jié) 實(shí)驗(yàn):探究碰撞中的不變量學(xué)案 新人教版選修3-5_第1頁
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1、 第1節(jié) 實(shí)驗(yàn):探究碰撞中的不變量 [目標(biāo)早知道] 浙江選考·學(xué)習(xí)要求 知識內(nèi)容 考試要求 1.動量和動量定理 加試c 2.動量守恒定律 加試c 3.碰撞 加試d 4.反沖運(yùn)動 火箭 加試b 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.明確探究物體碰撞中的不變量的基本思路。 2.探究一維碰撞中的不變量。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.探究思路 (1)一維碰撞:兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動,碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動,這種碰撞叫做一維碰撞。 (2)追尋不變量:在一維碰撞的情況下,設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2,碰撞前的速度分別為v1、v2,碰撞后的速度分別為v1′、v2′,如果速度與規(guī)定

2、的正方向一致,取正值,相反取負(fù)值。依次研究以下關(guān)系是否成立: ①m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′; ②m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2; ③+=+。 探究以上各關(guān)系式是否成立,關(guān)鍵是準(zhǔn)確測量和計(jì)算碰撞前與碰撞后的速度v1、v2、v1′、v2′。 2.實(shí)驗(yàn)方案 方案一: 利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞,兩小車碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:v=,式中Δx是紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,可用刻度尺測量。Δt為小車經(jīng)過Δx所用的時(shí)間,可由打點(diǎn)間隔算出。這個(gè)方案適合探究碰

3、撞后兩物體結(jié)合為一體的情況。 方案二:利用等長懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:可以測量小球被拉起的角度,根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出小球碰撞前對應(yīng)的速度;測量碰撞后兩小球分別擺起的對應(yīng)角度,根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出碰撞后對應(yīng)的兩小球的速度。 (3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn):用貼膠布的方法增大兩小球碰撞時(shí)的能量損失。 方案三: 利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:利用公式v=,式中Δx為滑塊(擋光片)的寬度,Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門

4、對應(yīng)的時(shí)間。 (3)利用在滑塊上增加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量。 (4)實(shí)驗(yàn)方法: ①用細(xì)線將彈簧片壓縮,放置于兩個(gè)滑塊之間,并使它們靜止,然后燒斷細(xì)線,彈簧片彈開后落下,兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(圖甲); ②在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架(圖乙),可以得到能量損失很小的碰撞; ③在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥,碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,把兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(圖丙),這樣可以得到能量損失很大的碰撞。 方案四: 利用斜槽實(shí)現(xiàn)兩小球的一維碰撞,如圖甲、乙所示。讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下來,與放在斜槽前邊小支柱上的另一質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞,之后兩小球都做平拋運(yùn)動

5、。 (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:由于兩小球下落的高度相同,所以它們的飛行時(shí)間相等。如果用小球的飛行時(shí)間為時(shí)間單位,那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速度。因此,只需測出兩小球的質(zhì)量m1、m2和不放被碰小球時(shí)入射小球在空中飛出的水平距離s1,以及碰撞后入射小球與被碰小球在空中飛出的水平距離s1′和s2′。若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)m1s1與m1s1′+m2s2′相等,就驗(yàn)證了兩個(gè)小球碰撞前后的不變量。 (3)讓小球從斜槽的不同高度處開始滾動,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。 三、實(shí)驗(yàn)器材 方案一: 光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥。

6、 方案二: 帶細(xì)線的小球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。 方案三: 氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊兩個(gè)(帶擋光片)、重物、彈簧片、細(xì)線、彈性碰撞架、撞針、橡皮泥。 方案四: 斜槽、兩個(gè)大小相等而質(zhì)量不等的小球、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、刻度尺、天平、螺旋測微器、圓規(guī)。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 不論采用哪種方案,實(shí)驗(yàn)過程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排,參考步驟如下: 1.用天平測量兩物體的質(zhì)量m1、m2,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中。 2.安裝實(shí)驗(yàn)裝置。 3.使物體發(fā)生碰撞。 4.測量或讀出相關(guān)物理量,計(jì)算有關(guān)速度,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中。 5.改變碰撞條件,重復(fù)步驟3、4。 6

7、.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過分析比較,找出碰撞中的守恒量。 7.整理器材。 碰撞前 碰撞后 質(zhì)量m(kg) m1 m2 m1 m2 速度v(m·s-1) v1 v2 v1′ v2′ mv(kg·m·s-1) m1v1+m2v2 m1v1′+m2v2′ mv2(kg·m2·s-2) m1v12+m2v22 m1v1′2+m2v2′2 (m·s-1·kg-1) + + 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 五、誤差分析 1.碰撞是否為一維碰撞,是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞

8、為一維碰撞。 2.碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影響是帶來誤差的又一個(gè)原因,實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件,避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度。 六、注意事項(xiàng) 1.保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞,即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動。碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動。 2.氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學(xué)儀器。切忌振動、重壓,嚴(yán)防碰傷和劃傷,絕對禁止在不通氣的情況下將滑行器在導(dǎo)軌面上滑磨。 3.若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn),調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。 4.利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),可以將實(shí)驗(yàn)儀器靠在一個(gè)大型的量角器上,這樣可以較準(zhǔn)確的讀出小球擺動的角度,以減小誤差。 5.若利用擺球進(jìn)行

9、實(shí)驗(yàn),兩小球靜止時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上,且剛好接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。 七、它案設(shè)計(jì) “探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)方法多種多樣,實(shí)驗(yàn)的情景變化、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案也隨之變化,關(guān)鍵是: 1.控制好實(shí)驗(yàn)條件,即碰撞過程中不受其他外力。 2.便于測量碰撞前后物體的速度。 實(shí)驗(yàn)的操作與驗(yàn)證 [典例1] 把兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不等的金屬球用細(xì)線連接起來,中間夾一被壓縮的輕彈簧,置于摩擦可以忽略不計(jì)的水平桌面上,如圖所示。現(xiàn)燒斷細(xì)線,觀察兩球的運(yùn)動情況,進(jìn)行必要的測量,探究金屬球間發(fā)生相互作用時(shí)的不變量。 測量過程中: (1)還必須添加的器材有

10、______________________________________________________。 (2)需直接測量的數(shù)據(jù)是______________________________________________________。 (3)需要驗(yàn)證的表達(dá)式如何表示?_______________________________________。 [思路點(diǎn)撥] 兩球平拋的時(shí)間相同,水平位移大小與初速度成正比,根據(jù)水平位移大小關(guān)系、質(zhì)量大小關(guān)系尋找不變量,從而確定器材。 [解析] 兩球彈開后,分別以不同的速度離開桌面做平拋運(yùn)動,兩球做平拋運(yùn)動的時(shí)間相等,均為t=(h為桌面離地

11、的高度)。根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律,由兩球落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距離x=vt知,兩球水平速度之比等于它們的射程之比,即v1∶v2=x1∶x2,所以本實(shí)驗(yàn)中只需測量x1、x2即可,測量x1、x2時(shí)需準(zhǔn)確記下兩球落地點(diǎn)的位置,故需要刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板等。若要探究m1x1=m2x2或者m1x12=m2x22或者=…是否成立,還需用天平測量兩球的質(zhì)量m1、m2。 [答案] (1)刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板、天平 (2)兩球的質(zhì)量m1、m2,兩球碰后的水平射程x1、x2 (3)m1x1=m2x2 本實(shí)驗(yàn)與兩球是否同時(shí)離開水平桌面無關(guān),若水平桌面不光滑,彈簧將

12、兩球彈開過程中,兩球速度會受摩擦力影響導(dǎo)致無法完成實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 [典例2] 如圖所示為氣墊導(dǎo)軌上兩個(gè)滑塊A、B相互作用后運(yùn)動過程的頻閃照片,頻閃的頻率為10 Hz。開始時(shí)兩個(gè)滑塊靜止,它們之間有一根被壓縮的輕彈簧,滑塊用繩子連接,繩子燒斷后,兩個(gè)滑塊向相反方向運(yùn)動。已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為200 g、300 g,根據(jù)照片記錄的信息,A、B離開彈簧后,A滑塊做__________運(yùn)動,其速度大小為________m/s,本實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論是_________________________________________________________。 [思路點(diǎn)撥] 

13、 [解析] 由題圖可知,A、B離開彈簧后,均做勻速直線運(yùn)動,開始時(shí)vA=0,vB=0,A、B被彈開后, vA′=0.09 m/s,vB′=0.06 m/s, mAvA′=0.2×0.09 kg·m/s=0.018 kg·m/s mBvB′=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s 由此可得:mAvA′=mBvB′, 即0=mBvB′-mAvA′ 結(jié)論是:兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中質(zhì)量與速度乘積的矢量和守恒。 [答案] 勻速直線 0.09 兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用過程中質(zhì)量與速度乘積的矢量和守恒 比較作用前后的某些物理量時(shí),等號兩邊統(tǒng)一單位即可,

14、不一定用國際單位。 [典例3] 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證碰撞過程中的不變量的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,使小車A做勻速直線運(yùn)動。然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,而后兩車?yán)^續(xù)做勻速直線運(yùn)動,他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖甲所示。在小車A后連著紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz,長木板右端下部墊著小木片(圖中未畫出)用以平衡摩擦力。 (1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并把測得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離標(biāo)在圖上,A點(diǎn)為運(yùn)動起始的第一點(diǎn),則應(yīng)選________段來計(jì)算小車A的碰前速度,應(yīng)選________段來計(jì)算小車A和小車B碰后的共同速度。(以上兩空均選填“AB”、“BC”、“CD

15、”或“DE”) (2)已測得小車A的質(zhì)量mA=0.40 kg,小車B的質(zhì)量mB=0.20 kg,由以上測量結(jié)果可得:碰前mAvA+mBvB=________ kg·m/s;碰后mAvA′+mBvB′=________kg·m/s。 [解析] (1)小車A碰前做勻速直線運(yùn)動,打出紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的,故計(jì)算小車碰前的速度應(yīng)選BC段;CD段上所打的點(diǎn)由稀變密,可見在CD段A、B兩小車相互碰撞,A、B碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動,所以DE段打出的點(diǎn)又是間距均勻的,故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后的速度。 (2)碰撞前后:vA== m/s=1.05 m/s,vA′=vB′=v′== m/s=0.695

16、 m/s;碰前:mAvA+mBvB=0.40×1.05 kg·m/s=0.42 kg·m/s,碰后:mAvA′+mBvB′=(mA+mB)v′=0.60×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s。 [答案] (1)BC DE (2)0.42 0.417 創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) [典例4] 某同學(xué)用如圖所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量,圖中PQ為斜槽,QR為水平槽,實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡。重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡,再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,讓A球仍從位置G由靜止開始

17、滾下,和B球碰撞后,A、B兩球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)這種操作10次。圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn),B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示,其中米尺水平放置,且在G、R、O所在的平面內(nèi),米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對齊。 (1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為________cm。 (2)(多選)在以下選項(xiàng)中,本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測量是________。 A.水平槽上未放B球時(shí),測量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 B.測量A球與B球碰撞后,A球與B球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C.測量A球與B球的質(zhì)量 D.測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度 [解析] (1)本題利用了高度相同、小球運(yùn)動時(shí)間相同,在比

18、例式中,可以用位移代替速度,即變難測物理量為易測物理量,圍繞10個(gè)落點(diǎn)所在的范圍作最小的圓,其圓心即為平均落點(diǎn)xB=64.8 cm(64.0~65.0 cm均可)。 (2)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)測出未放B球時(shí),A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離、A球和B球碰后A球與B球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離及A、B兩球質(zhì)量。 [答案] (1)64.8 (2)ABC [課堂對點(diǎn)鞏固] 1.(多選)在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)中,哪些因素可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差(  ) A.導(dǎo)軌安放不水平 B.小車上擋光板傾斜 C.兩小車質(zhì)量不相等 D.兩小車碰后連在一起 解析:選AB 導(dǎo)軌不水平,小車速度將會受重力影響,A項(xiàng)對;擋

19、光板傾斜會導(dǎo)致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移,導(dǎo)致速度計(jì)算出現(xiàn)誤差,B項(xiàng)對。 2.用如圖所示的裝置可以完成“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)。若實(shí)驗(yàn)中選取的A、B兩球半徑相同,為了使A、B發(fā)生一維碰撞,應(yīng)使兩球懸線長度________,懸點(diǎn)O1、O2之間的距離等于________。 解析:為了保證一維碰撞,碰撞點(diǎn)應(yīng)與兩球球心同在一條水平線上,故兩球懸線長度相等,懸點(diǎn)O1、O2之間的距離等于球的直徑。 答案:相等 球的直徑 3.(多選)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí),下列哪些操作是正確的(  ) A.相互作用的兩車上,一個(gè)裝上撞針,一個(gè)裝上橡皮泥,是為了改變兩車的質(zhì)量

20、B.相互作用的兩車上,一個(gè)裝上撞針,一個(gè)裝上橡皮泥,是為了碰撞后粘在一起 C.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再釋放拖動紙帶的小車 D.先釋放拖動紙帶的小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 解析:選BC 車的質(zhì)量可以用天平測量,沒有必要一個(gè)用釘子而另一個(gè)用橡皮泥配重。這樣做的目的是為了碰撞后兩車粘在一起有共同速度,選項(xiàng)B正確;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用原則是先接通其電源,再釋放拖動紙帶的小車,C項(xiàng)正確。 4.“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中,入射小球m1=15 g,原來靜止的被碰小球m2=10 g,由實(shí)驗(yàn)測得它們在碰撞前后的x -t 圖象如圖所示,由圖可知,入射小球碰撞前的m1v1是________,入射小球碰

21、撞后的m1v1′是__________,被碰小球碰撞后的m2v2′是________。由此得出結(jié)論__________________________________________。 解析:由題圖可知碰撞前m1的速度大小v1= m/s=1 m/s,故碰撞前m1v1=0.015×1 kg·m/s=0.015 kg·m/s。 碰撞后m1的速度大小v1′= m/s=0.5 m/s, m2的速度大小v2′= m/s=0.75 m/s, 故m1v1′=0.015×0.5 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s, m2v2′=0.01×0.75 kg·m/s=0.007 5 kg·m/

22、s, 可知m1v1=m1v1′+m2v2′。 答案:0.015 kg·m/s 0.007 5 kg·m/s 0.007 5 kg·m/s 碰撞過程mv的矢量和守恒 [課時(shí)跟蹤檢測一] 一、選擇題 1.在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)首先應(yīng)該做的是(  ) A.給氣墊導(dǎo)軌通氣 B.把光電計(jì)時(shí)器進(jìn)行歸零處理 C.把滑塊放在導(dǎo)軌上 D.檢查擋光片通過光電門時(shí)是否能夠擋光計(jì)時(shí) 解析:選A 為保護(hù)氣墊導(dǎo)軌,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該先給它通氣,后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選項(xiàng)A正確。 2.在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量時(shí),用到的測量工具有(  ) A.停表、天平、刻度尺 B.彈簧測力計(jì)、停表、天平 C.天平、刻

23、度尺、光電計(jì)時(shí)器 D.停表、刻度尺、光電計(jì)時(shí)器 解析:選C 用天平測滑塊質(zhì)量,用刻度尺測擋光片的寬度。運(yùn)動時(shí)間是指擋光片通過光電門的時(shí)間,由光電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),因此不需要停表。C正確。 3.(多選)在做探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)時(shí),實(shí)驗(yàn)所必需的條件是(  ) A.斜槽軌道必須是光滑的 B.斜槽軌道末端的切線是水平的 C.入射球每一次都要從同一高度由靜止?jié)L下 D.碰撞的瞬間,入射球和被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行 解析:選BCD 探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn),要求入射小球每次到槽口時(shí),具有相同的速度,所以應(yīng)從槽上同一位置滾下,但斜槽不需要光滑,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;由于碰撞前、后要求小

24、球均做平拋運(yùn)動,且拋物線在同一平面,選項(xiàng)B、D正確。 4.(多選)在做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí),必須測量的物理量是(  ) A.入射小球和被碰小球的質(zhì)量 B.入射小球和被碰小球的半徑 C.入射小球從靜止釋放時(shí)的起始高度 D.斜槽軌道的末端到地面的高度 E.不放被碰小球時(shí),入射小球飛出的水平射程 F.入射小球和被碰小球碰撞后飛出的水平射程 解析:選AEF 從同一高度做平拋運(yùn)動,飛行時(shí)間t相同,所以需要測出的量有:未碰時(shí)入射小球的水平射程,碰后入射小球的水平射程,被碰小球的水平射程,入射小球、被碰小球的質(zhì)量。 二、非選擇題 5.如圖(a)所示,在水平光滑軌道上停放著甲、乙兩

25、輛實(shí)驗(yàn)小車,甲車上系有一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,當(dāng)甲車獲得水平向右的速度時(shí),隨即啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。甲車運(yùn)動一段距離后,與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運(yùn)動,紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車的運(yùn)動情況,如圖(b)所示,電源頻率為50 Hz,則碰撞前甲車速度大小為________ m/s,碰撞后兩車的共同速度大小為________ m/s。 解析:由題圖(b)可知,碰撞前Δx=1.2 cm,碰撞后Δx′=0.8 cm,T=0.02 s,由公式v=得v==0.6 m/s,v′==0.4 m/s。 答案:0.6 0.4 6.如圖所示,在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和帶固定擋板的質(zhì)量都是M

26、的滑塊A、B,做探究碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn): (1)把兩滑塊A和B緊貼在一起,在A上放質(zhì)量為m的砝碼,置于導(dǎo)軌上,用電動卡銷卡住A和B,在A和B的固定擋板間放一彈簧,使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)。 (2)按下電鈕使電動卡銷放開,同時(shí)啟動兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器,當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞同時(shí),電子計(jì)時(shí)器自動停表,記下A運(yùn)動至C的時(shí)間t1,B運(yùn)動至D的時(shí)間t2。 (3)重復(fù)幾次取t1、t2的平均值。 請回答以下幾個(gè)問題: ①在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意_________________________________________________; ②應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有_____

27、____________________________________________; ③作用前A、B兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為______,作用后A、B兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為___________。 解析:①為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運(yùn)動,必須使氣墊導(dǎo)軌水平,需要用水平儀加以調(diào)試。 ②要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度,需測出A至C的時(shí)間t1和B至D的時(shí)間t2,并且要測量出兩滑塊到擋板的運(yùn)動距離L1和L2,再由公式v=求出其速度。 ③設(shè)向左為正方向,根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA=,vB=-。碰前兩滑塊靜止,v=0,速度與質(zhì)量乘積之和為0;碰后兩滑塊的速

28、度與質(zhì)量乘積之和為(M+m)-M。 答案:①用水平儀測量并調(diào)試使得導(dǎo)軌水平 ②A至C的距離L1、B至D的距離L2 ③0 (M+m)-M 7.某同學(xué)把兩塊大小不同的物體用細(xì)線連接,中間夾一被壓縮的彈簧,如圖所示,將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上,燒斷細(xì)線,觀察物體的運(yùn)動情況,進(jìn)行必要的測量,驗(yàn)證物體間相互作用時(shí)的守恒量。 (1)該同學(xué)還必須有的器材是________、________。 (2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是__________________________________。 (3)用所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證守恒量的關(guān)系式為________________________________

29、_________。 解析:兩物體彈開后各自做平拋運(yùn)動,根據(jù)平拋運(yùn)動知識可知兩物體在空中運(yùn)動的時(shí)間相等。所需驗(yàn)證的表達(dá)式為m1v1=m2v2,兩側(cè)都乘以時(shí)間t,有m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。 答案:(1)刻度尺 天平 (2)兩物體的質(zhì)量m1、m2 兩物體落地點(diǎn)分別到桌子兩側(cè)邊的水平距離s1、s2 (3)m1s1=m2s2 8.在用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí),左側(cè)滑塊質(zhì)量m1=170 g,右側(cè)滑塊質(zhì)量m2=110 g,擋光片寬度為s=3.00 cm,兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片,并用細(xì)線連在一起,如圖所示。 開始時(shí)兩滑塊靜止,燒斷細(xì)線后,兩滑塊分別向左、

30、右方向運(yùn)動。擋光片通過光電門的時(shí)間分別為Δt1=0.32 s,Δt2=0.21 s,則兩滑塊的速度分別為v1′=________m/s,v2′=______m/s。燒斷細(xì)線前m1v1+m2v2=______ kg·m/s,燒斷細(xì)線后m1v1′+m2v2′=________kg·m/s??傻玫降慕Y(jié)論是_______________________________________________。 解析:取向左方向?yàn)檎?,兩滑塊速度 v1′=≈0.094 m/s, v2′=-≈-0.143 m/s。 燒斷細(xì)線前兩滑塊靜止,所以:m1v1+m2v2=0 燒斷細(xì)線后m1v1′+m2v2′=(0.170×0.094-0.110×0.143) kg·m/s=2.5×10-4 kg·m/s,在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi),m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。 答案:0.094?。?.143 0 2.5×10-4 在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi),兩滑塊質(zhì)量與各自速度的乘積矢量和為不變量 12

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