2019-2020年高中物理 第16章 第1節(jié) 實驗:探究碰撞中的不變量練習(xí) 新人教版選修3-5.doc
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2019-2020年高中物理 第16章 第1節(jié) 實驗:探究碰撞中的不變量練習(xí) 新人教版選修3-5 1.一維碰撞. (1)一維碰撞:兩個物體碰撞前沿同一直線運動,碰撞后仍沿同一條直線運動,這樣的碰撞叫作一維碰撞. (2)一維碰撞中速度(矢量)方向的表示方法. 在一維碰撞問題中,先規(guī)定物體運動速度的某一方向為正方向,如果某物體速度方向與規(guī)定的正方向一致,則該物體速度取正值,如果某物體速度方向與規(guī)定的方向相反,則該物體速度取負(fù)值. 2.實驗案例相關(guān)知識. (1)氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊的碰撞是一維碰撞,它與光電計時器的配合使用可以迅速測量出兩個滑塊碰前、碰后的速度:若滑塊上擋光條的寬度為d,滑塊通過某處光電計時器的擋光時間為Δt,則滑塊通過該處的速度v=. (2)若將一小球用長l的細(xì)線懸掛起來,并拉起一個與豎直方向成θ的夾角,無初速釋放后,小球到達(dá)最低處的速度v=. (3)打點計時器打出的紙帶能記錄運動物體在不同時刻的位移,通過分析紙帶上所打點的變化特征可確定物體的運動狀態(tài).若所打各點均勻分布,可以判斷物體做勻速直線運動,若知道打點計時器的頻率和紙帶上各相鄰點間的距離,便可求出物體運動的速度. 1.(多選)在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量的實驗中,哪些因素可導(dǎo)致實驗誤差(AB) A.導(dǎo)軌水平安放 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:導(dǎo)軌不水平,小車速度將受重力的影響,從而導(dǎo)致實驗誤差,故A正確;擋光板傾斜會導(dǎo)致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移,使計算速度出現(xiàn)誤差;故B正確;兩小車質(zhì)量不相等,系統(tǒng)碰撞前后動量仍然守恒,故不會導(dǎo)致實驗誤差,故C錯誤;兩小車碰后連在一起是完全非彈性碰撞,系統(tǒng)碰撞前后動量仍然守恒,故不會導(dǎo)致實驗誤差,故D錯誤. 2.利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗時,不需要測量的物理量是(D) A.滑塊的質(zhì)量 B.擋光時間 C.擋光片的寬度 D.滑塊移動的距離 解析:根據(jù)實驗原理可知,滑塊的質(zhì)量、擋光時間、擋光片的寬度都是需要測量的物理量,其中滑塊的質(zhì)量用天平測量,擋光時間用光電計時器測量,擋光片的寬度可事先用刻度尺測量;只有滑塊移動的距離不需要測量,故選項D正確. 3.在探究碰撞中的不變量時,采用如圖所示的實驗裝置,儀器按要求安裝好后開始實驗,第一次不放被碰小球,第二次把被碰小球直接靜止放在斜槽末端的水平部分,在白紙上記錄重錘位置和各小球落點的平均位置依次為O、A、B、C,則下列說法中正確的是(D) A.第一、二次入射小球的落點依次是A、B B.第一、二次入射小球的落點依次是C、B C.第二次入射小球和被碰小球?qū)⑼瑫r落地 D.第二次入射小球和被碰小球不會同時落地 解析:最遠(yuǎn)的C點一定是被碰小球的落點,碰后入射小球的速度將減小,因此A、B均錯誤;由于被碰小球是放在斜槽末端的,因此被碰小球飛出后入射小球才可能從斜槽末端飛出,兩小球不可能同時落地,C錯,D對. 4.(多選)某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞中不變量的實驗:在小車A的前端黏有橡皮泥,推動小車A使之做勻速運動,然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體,繼續(xù)做勻速運動,他設(shè)計的裝置如圖所示.在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器的電源頻率為50 Hz,長木板下墊著小木片.則(AB) A.長木板墊著小木片是為了平衡摩擦,保證小車碰撞前后做勻速運動 B.實驗過程中應(yīng)先接通電源,再讓小車A運動 C.計算碰撞前后小車的速度時,在紙帶上任選對應(yīng)過程的一段即可 D.此碰撞中A、B兩小車這一系統(tǒng)的機械能守恒 解析:用小木片將長木板一端墊起的目的是平衡摩擦力. 5.(多選)用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量時,必須注意的事項是(BC) A.A到達(dá)最低點時,兩球的球心連線可以不水平 B.A到達(dá)最低點時,兩球的球心連線要水平 C.多次測量減小誤差時,A球必須從同一高度下落 D.多次測量減小誤差時,A球必須從不同高度下落 解析:要保證一維對心碰撞,必須在碰撞時球心在同一高度;多次測量求平均值,必須保證過程的重復(fù)性,A球必須從同一高度下落. 6.(多選)在“探究碰撞中的不變量”實驗中,對于最終的結(jié)論m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,下列說法正確的是(AD) A.僅限于一維碰撞 B.任何情況下m1v21+m2v22=m1v1′2+m2v2′2也一定成立 C.式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小 D.式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的質(zhì)量與速度乘積之和 解析:這個實驗是在一維情況下設(shè)計的實驗,其他情況未做探究;系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前后為不變量是實驗的結(jié)論,其他探究的結(jié)論情況不成立,而速度是矢量,應(yīng)考慮方向.故選項A、D正確. 7.在“探究碰撞中的不變量”的實驗中,下面是某實驗小組選用水平氣墊導(dǎo)軌、光電門的測量裝置來研究兩個滑塊碰撞過程中系統(tǒng)動量的變化情況.實驗儀器如圖所示. 實驗過程: (1)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平,并使光電計時器系統(tǒng)正常工作. (2)在滑塊1上裝上擋光片并測出其長度L. (3)在滑塊2的碰撞端面粘上橡皮泥(或雙面膠紙). (4)用天平測出滑塊1和滑塊2的質(zhì)量m1、m2. (5)把滑塊1和滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌上,讓滑塊2處于靜止?fàn)顟B(tài)(v2=0),用滑塊1以初速度v1與之碰撞(這時光電計時器系統(tǒng)自動計算時間),撞后兩者粘在一起,分別記下滑塊1的擋光片碰前通過光電門的遮光時間t1和碰后通過光電門的遮光時間t2. (6)先根據(jù)v=計算滑塊1碰撞前的速度v1及碰后兩者的共同速度v;再計算兩滑塊碰撞前后的質(zhì)量與速度乘積,并比較兩滑塊碰撞前后的質(zhì)量與速度乘積之和. 實驗數(shù)據(jù):m1=0.324 kg,m2=0.181 kg,L=1.0010-3 m 解析:先分清碰前與碰后的狀態(tài)量,再代入數(shù)據(jù)計算. 答案: 8.某同學(xué)把兩個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,觀察物體的運動情況,進(jìn)行必要的測量,探究物體間相互作用時的不變量. (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)根據(jù)課堂探究的不變量,本實驗中表示碰撞前后不變量的表達(dá)式應(yīng)為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析:木塊離開桌面后做平拋運動,取右邊木塊的初速度方向為正方向,設(shè)兩木塊質(zhì)量和平拋初速度分別為:m1、m2,v1、v2,平拋運動的水平位移分別為s1、s2,平拋運動的時間為t. 需要驗證的方程:0=m1v1-m2v2,其中:v1=,v2=, 代入得到m1s1=m2s2,故需要測量兩木塊的質(zhì)量m1和m2,兩木塊落地點到桌面邊緣的水平距離s1、s2,需要的器材為刻度尺、天平. 答案:(1)刻度尺 天平 (2)兩木塊的質(zhì)量m1、m2 兩木塊落地點分別到桌子兩側(cè)邊的水平距離s1、s2 (3)m1s1=m2s2 9.“探究碰撞中的不變量”的實驗中,入射小球m1=15 g,原來靜止的被碰小球m2=10 g,由實驗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________,入射小球碰撞后的m1v′1是________,被碰小球碰撞后的m2v′2是________. 由此得出結(jié)論:________________________________________________________________________. 解析:由圖象可知,碰前入射小球的速度:v1== m/s=1 m/s, 碰后入射球的速度:v1′== m/s=0.5 m/s, 被碰球碰后的速度:v2==m/s=0.75 m/s, 入射球碰前的動量:p=m1v1=0.015 kgm/s, 入射小球碰撞后的m1v1′=0.007 5 kgm/s, 被碰小球碰撞后的m2v2=0.007 5 kgm/s, 碰后系統(tǒng)的總動量:p′=m1v1′+m2v2′=0.015 kgm/s. 通過計算發(fā)現(xiàn):兩小球碰撞前后的動量相等,即:碰撞中mv的矢量和是守恒的量. 答案:0.015 kgm/s 0.007 5 kgm/s 0.007 5 kgm/s 碰撞中mv的矢量和是守恒的量 10.用圖示裝置研究碰撞中的不變量,氣墊導(dǎo)軌水平放置,擋光板寬度9.0 mm,兩滑塊被彈簧彈開后,左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器,記錄時間為0.040 s,右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器,記錄時間為0.060 s,左側(cè)滑塊質(zhì)量100 g,左側(cè)滑塊m1v1大小________ gm/s,右側(cè)滑塊質(zhì)量149 g,兩滑塊質(zhì)量與速度乘積的矢量和m1v1+m2v2=________ gm/s. 解析:左側(cè)滑塊的速度為:v1===0.225 m/s, 則左側(cè)滑塊m1v1=100 g0.225 m/s=22.5 gm/s; 右側(cè)滑塊的速度為:v2== m/s=0.15 m/s, 則右側(cè)滑塊m2v2=149 g(-0.15 m/s)≈-22.4 gm/s. 可見在誤差允許的范圍內(nèi)兩滑塊m1v1 +m2v2=0. 答案:22.5 0 11.某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的a、b兩球的碰撞來探究碰撞中的不變量.實驗時把無摩擦可轉(zhuǎn)動支架Q放下,先使a球從斜槽上某一固定位置P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個落點痕跡.再把支架Q豎起,放上b球,讓a球仍從位置P由靜止開始滾下,到達(dá)水平槽末端時和b球碰撞,a、b分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡,重復(fù)這種操作10次.圖中O點是水平槽末端點在記錄紙上的垂直投影點,O′為支架上b球球心在記錄紙上的垂直投影點. (1)碰撞后b球的水平射程應(yīng)取圖中________________________________________________________________________段. (2)在以下選項中,屬于本次實驗必須進(jìn)行的測量是____________(填選項字母). A.支架上未放b球時,測量a球落點位置到O點的距離 B.a(chǎn)球與b球碰撞后,測量兩球落點位置到O點(或O′點)的距離 C.測量a球或b球的直徑 D.測量a球和b球的質(zhì)量M和N E.測量P點相對于水平槽面的高度 (3)實驗中若某同學(xué)測量了小球直徑,使用螺旋測微器所得的結(jié)果如圖乙所示,則球的直徑D=______________________ cm. (4)結(jié)合課堂實驗結(jié)論,按照本實驗方法,探究不變量的表達(dá)式應(yīng)是:________________________________________________________________________. (用(2)中和圖甲中的字母表示) 解析:(1)a與b相撞后,B的速度增大,a的速度減小,碰前碰后都做平拋運動,高度相同,落地時間相同,所以B點是沒有碰時a球的落地點,C是碰后b的落地點,A是碰后a的落地點,所以碰撞后b球的水平射程應(yīng)取圖中O′C段. (2)根據(jù)實驗的原理知,mAv0=mAv1+mBv2,即mA=mA+mB,可知需要測量的物理量有:水平槽上未放b球時,a球落點位置到O點的距離;a球與b球碰撞后,a球和b球落點位置到O點的距離;a球和b球的質(zhì)量;a球或b球的直徑.故A、B、C、D正確,E錯誤. (3)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為10.5 mm, 可動刻度讀數(shù)為:0.0140 mm+0.005 mm=0.405 mm, 所以最終讀數(shù)為:10.5 mm+0.405 mm=10.905 mm=1.090 5 cm. (4)兩小球從同一高度開始下落,故下落的時間相同,根據(jù)動量守恒定律可得: Mv0=Mv1+mv2,故有Mv0t=Mv1t+mv2t,即MOB=MOA+mO′C. 答案:(1)O′C (2)ABCD (3)1.090 5 cm (4)MOB=MOA+mO′C 12.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器,它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦,我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示,采用的實驗步驟如下: A.松開手的同時,記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作,當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時計時器結(jié)束計時,記下A、B分別到達(dá)C、D的運動時間t1和t2 B.在A、B間水平放入一個輕彈簧,用手壓住A、B使彈簧壓縮,放置在氣墊導(dǎo)軌上,并讓它靜止在某個位置 C.給導(dǎo)軌送氣,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平 D.用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1;B的右端至D板的距離L2 (1)實驗步驟的順序是:________________________________________________________________________. (2)實驗中還需要的測量儀器是:________________________________________________________________________; 還需要測量的物理量是:________________________________________________________________________. (3)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達(dá)式是:________________________________________________________________________. (4)實驗中彈簧與A、B滑塊是粘連好還是不粘連好?________________________________________________________________________. 理由是________________________________________________________________________. 解析:(1)實驗操作的順序是C、B、D、A. (2、3)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運動,根據(jù)A、B運行的距離和時間可以求出分開時的速度,根據(jù)動量守恒定律得mAvA=mBvB,又vA=,vB=,則mA=mB.知還需要測量A、B的質(zhì)量mA、mB,所需的器材是天平. (4)只與A、B中的某一個粘連好,這樣把彈簧的質(zhì)量考慮進(jìn)去,會減小系統(tǒng)誤差.不粘連好,否則A、B可能碰不到C、D,使計時誤差大. 答案:(1)CBDA (2)天平 A、B兩滑塊的質(zhì)量M1、M2 (3)= (4)不粘連好 可以避免因漏記彈簧的動量而帶來較大的實驗誤差- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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