2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律 第3講 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案.doc
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第3講 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 微知識(shí)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 方案一:利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) (1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。 (2)安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。 (3)實(shí)驗(yàn):接通電源,利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度大小和方向)。 (4)驗(yàn)證:一維碰撞中的動(dòng)量守恒。 方案二:利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大的小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)。 (1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2。 (2)安裝:把兩個(gè)等大的小球用等長(zhǎng)懸線懸掛起來。 (3)實(shí)驗(yàn):一個(gè)小球靜止,拉起另一個(gè)小球,放下時(shí)它們相碰。 (4)測(cè)速度:通過測(cè)量小球被拉起的角度,從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度,測(cè)量碰撞后小球擺起的角度,算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度。 (5)改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 (6)驗(yàn)證:一維碰撞中的動(dòng)量守恒。 方案三:在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)。 (1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量。 (2)安裝:將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連在小車的后面,在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。 (3)實(shí)驗(yàn):接通電源,讓小車A運(yùn)動(dòng),小車B靜止,兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)。 (4)測(cè)速度:通過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間,由v=算出速度。 (5)改變條件:改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 (6)驗(yàn)證:一維碰撞中的動(dòng)量守恒。 方案四:利用等大的小球做平拋運(yùn)動(dòng)完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)。 (1)先用天平測(cè)出小球質(zhì)量m1、m2。 (2)按圖所示那樣安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,將斜槽固定在桌邊,使槽的末端切線水平,調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置使兩小球碰撞時(shí)處于同一水平高度,且碰撞瞬間,入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行,以確保正碰后的速度方向水平。 (3)在地上鋪一張白紙,在白紙上鋪放復(fù)寫紙。 (4)在白紙上記下重垂線所指的位置O,它表示入射球m1碰前的位置。 (5)先不放被碰小球,讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下,重復(fù)10次,用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面,圓心就是入射球發(fā)生碰撞前的落地點(diǎn)P。 (6)把被碰小球放在斜槽末端上,讓入射小球從同一高度滾下,使它發(fā)生正碰,重復(fù)10次,仿步驟(5)求出入射小球落地點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落地點(diǎn)的平均位置N。 (7)過O和N在紙上作出一直線。 (8)用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度。把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的數(shù)值代入m1=m1+m2,看是否成立。 (9)整理實(shí)驗(yàn)器材放回原處。 一、思維辨析(判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“”。) 1.在上面的方案一中氣墊導(dǎo)軌必須調(diào)整成水平狀態(tài)。(√) 2.在上面的方案二中兩小球相撞時(shí)球心應(yīng)位于同一高度。(√) 3.在上面的方案四中入射小球質(zhì)量應(yīng)小于被撞小球質(zhì)量。() 4.在上面的方案四中需測(cè)出桌面到水平地面的高度。() 二、對(duì)點(diǎn)微練 1.(實(shí)驗(yàn)原理)在做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí),入射球a的質(zhì)量為m1,被碰球b的質(zhì)量為m2,小球的半徑為r,各小球的落地點(diǎn)如圖所示,下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說法正確的是 ( ) A.入射球與被碰球最好采用大小相同、質(zhì)量相等的小球 B.讓入射球與被碰球連續(xù)10次相碰,每次都要使入射球從斜槽上不同的位置滾下 C.要驗(yàn)證的表達(dá)式是m1=m1+m2 D.要驗(yàn)證的表達(dá)式是m1=m1+m2 解析 在此裝置中,應(yīng)使入射球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量,防止入射球反彈或靜止,故A項(xiàng)錯(cuò);入射球每次滾下必須從斜槽的同一位置,保證每次碰撞都具有相同的初動(dòng)量,故B項(xiàng)錯(cuò);兩球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)都具有相同的起點(diǎn),故應(yīng)驗(yàn)證的關(guān)系式為m1=m1+m2,D項(xiàng)對(duì),C項(xiàng)錯(cuò)。 答案 D 2.(數(shù)據(jù)處理)如圖甲所示,在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實(shí)驗(yàn)小車,甲車系一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶,當(dāng)甲車受到水平向右的沖量時(shí),隨即啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。甲車運(yùn)動(dòng)一段距離后,與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運(yùn)動(dòng)。 甲 乙 紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車運(yùn)動(dòng)情況如圖乙所示,電源頻率為50 Hz,則碰撞前甲車運(yùn)動(dòng)速度大小為________ m/s,甲、乙兩車的質(zhì)量之比m甲∶m乙=________。 解析 由紙帶及刻度尺可得碰前甲車的速度為 v1= m/s=0.6 m/s。 碰后兩車的共同速度 v2= m/s=0.4 m/s。 由動(dòng)量守恒定律有 m甲v1=(m甲+m乙)v2。 由此得甲、乙兩車的質(zhì)量比 ===。 答案 0.6 2∶1 見學(xué)生用書P099 微考點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理 核|心|微|講 1.在各個(gè)方案中都要求碰撞的兩物體保持“水平”和“正碰”。 2.在方案四中入射小球的質(zhì)量要大于被碰小球的質(zhì)量,防止碰后入射小球反彈。 典|例|微|探 【例】 某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),氣墊導(dǎo)軌裝置如圖甲所示,所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔,向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣,空氣會(huì)從小孔中噴出,使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上,這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。 下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟: ①安裝好氣墊導(dǎo)軌,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕,使導(dǎo)軌水平。 ②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣。 ③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè),將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和彈射架并固定在滑塊1的左端,調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度,直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí),紙帶始終在水平方向。 ④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩。 ⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間,已知碰后兩滑塊一起運(yùn)動(dòng)。 ⑥先________,然后________,讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)。 ⑦取下紙帶,重復(fù)步驟④⑤⑥,選出較理想的紙帶如圖乙所示。 ⑧測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310 g,滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g。 (1)試著完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容。 (2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn),計(jì)算可知兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為__________kgm/s;兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為__________kgm/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_________。 【解題導(dǎo)思】 (1)碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)量的表達(dá)式,碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)量的表達(dá)式。 答:碰撞前系統(tǒng)總動(dòng)量m1v1,碰撞后系統(tǒng)總動(dòng)量(m1+m2)v。 (2)紙帶和滑塊受到的阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生影響嗎? 答:阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生影響,會(huì)使總動(dòng)量減小。 解析 (1)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源,后放開滑塊1。 (2)作用前滑塊1的速度v1= m/s=2 m/s,其質(zhì)量與速度的乘積為0.3102 kgm/s=0.620 kgm/s,作用后滑塊1和滑塊2具有相同的速度v= m/s=1.2 m/s,其質(zhì)量與速度的乘積之和為(0.310+0.205)1.2 kgm/s=0.618 kgm/s。 (3)相互作用前后動(dòng)量減小的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔有摩擦。 答案 (1)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 放開滑塊1 (2)0.620 0.618 (3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔有摩擦 題|組|微|練 1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的裝置如圖甲所示。在小車A后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz,長(zhǎng)木板下墊著薄木片以平衡摩擦力。 (1)若已測(cè)得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)。A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),則應(yīng)選________段來計(jì)算A碰前的速度。應(yīng)選________段來計(jì)算A和B碰后的共同速度。(均填“AB”“BC”“CD”或“DE”) (2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1=0.4 kg,小車B的質(zhì)量為m2=0.2 kg,則碰前兩小車的總動(dòng)量為________ kgm/s,碰后兩小車的總動(dòng)量為______ kgm/s。 甲 乙 解析 (1)從分析紙帶上打點(diǎn)的情況看,BC段既表示小車做勻速運(yùn)動(dòng),又表示小車有較大速度,因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運(yùn)動(dòng)情況,應(yīng)選用BC段計(jì)算小車A碰前的速度。從CD段打點(diǎn)的情況看,小車的運(yùn)動(dòng)情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定,故應(yīng)選用DE段計(jì)算A和B碰后的共同速度。 (2)小車A在碰撞前速度 v0== m/s=1.050 m/s, 小車A在碰撞前動(dòng)量 p0=m1v0=0.41.050 kgm/s=0.420 kgm/s, 碰撞后A、B的共同速度 v== m/s=0.695 m/s, 碰撞后A、B的總動(dòng)量 p=(m1+m2)v=(0.2+0.4)0.695 kgm/s=0.417 kgm/s。 答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 2.某同學(xué)用如圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。圖中PQ是斜槽,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由靜止開始滾下,和B球碰撞后,A、B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。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,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊。 (1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取________ cm。 (2)(多選)在以下選項(xiàng)中,本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行測(cè)量的有________。(填選項(xiàng)字母) A.水平槽上未放B球時(shí),測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 B.A球與B球碰撞后,測(cè)量A球及B球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C.測(cè)量A球或B球的直徑 D.測(cè)量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比) E.測(cè)量O點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度 甲 乙 (3)實(shí)驗(yàn)中,關(guān)于入射球在斜槽上釋放點(diǎn)的位置對(duì)實(shí)驗(yàn)影響的說法正確的是________。(填選項(xiàng)字母) A.釋放點(diǎn)越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,誤差越小 B.釋放點(diǎn)越低,兩球碰后水平位移越小,水平位移測(cè)量的相對(duì)誤差越小,兩球速度的測(cè)量越準(zhǔn)確 C.釋放點(diǎn)越高,兩球相碰時(shí),相互作用的內(nèi)力越大,碰撞前后動(dòng)量之差越小,誤差越小 D.釋放點(diǎn)越高,入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?,軌道?duì)被碰小球的阻力越小 解析 (1)用一盡可能小的圓把小球落點(diǎn)圈在里面,可知圓心的位置是65.7 cm,這也是小球落點(diǎn)的平均位置。 (2)本實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的數(shù)據(jù)有:兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2,三個(gè)落點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x1、x2、x3,所以應(yīng)選ABD項(xiàng)。 (3)入射球的釋放點(diǎn)越高,入射球碰前速度越大,相碰時(shí)內(nèi)力越大,阻力的影響相對(duì)越小,可以較好地滿足動(dòng)量守恒的條件,也有利于減小測(cè)量水平位移時(shí)的相對(duì)誤差,從而使實(shí)驗(yàn)的誤差減小,選項(xiàng)C正確。 答案 (1)65.7 (2)ABD (3)C 見學(xué)生用書P100 1.氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊,開始時(shí)兩個(gè)滑塊靜止,它們之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧,滑塊間用繩子連接(如圖甲所示),繩子燒斷后,兩個(gè)滑塊向相反方向運(yùn)動(dòng),圖乙為它們運(yùn)動(dòng)過程的頻閃照片,頻閃的頻率為10 Hz,由圖可知: 甲 乙 (1)A、B離開彈簧后,應(yīng)該做________運(yùn)動(dòng),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,從圖中可以看出閃光照片有明顯與事實(shí)不相符合的地方是__________________。 (2)若不計(jì)此失誤,分開后,A的動(dòng)量大小為____________ kgm/s,B的動(dòng)量的大小為________kgm/s。本實(shí)驗(yàn)中得出“在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),兩滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒”這一結(jié)論的依據(jù)是________________________。 解析 (1)A、B離開彈簧后因水平方向不再受外力作用,所以均做勻速直線運(yùn)動(dòng),在離開彈簧前A、B均做加速運(yùn)動(dòng),A、B兩滑塊的第一個(gè)間隔都應(yīng)該比后面勻速時(shí)相鄰間隔的長(zhǎng)度小。 (2)周期T==0.1 s,v=,由題圖知A、B勻速時(shí)速度分別為vA=0.09 m/s,vB=0.06 m/s,分開后A、B的動(dòng)量大小均為p=0.018 kgm/s,方向相反,滿足動(dòng)量守恒,系統(tǒng)的總動(dòng)量為0。 答案 (1)勻速直線 A、B兩滑塊的第一個(gè)間隔 (2)0.018 0.018 A、B兩滑塊作用前后總動(dòng)量不變,均為0 2.如圖是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置,彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn),O點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱。實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)節(jié)懸點(diǎn),使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高。將球1拉到A點(diǎn),并使之靜止,同時(shí)把球2放在立柱上。釋放球1,當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞,碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn),球2落到水平地面上的C點(diǎn)。測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒。現(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a、B點(diǎn)離水平桌面的距離為b,C點(diǎn)與桌子邊緣間的水平距離為c。 (1)還需要測(cè)量的量是_________________、___________________和______________________。 (2)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù),該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_____________________。(忽略小球的大小) 解析 (1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前、后的動(dòng)量變化,根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前、后的速度,故只要再測(cè)量彈性球1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動(dòng)量變化;根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化,故只要測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化。 (2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動(dòng)量守恒的方程 2m1=2m1+m2。 答案 (1)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2 立柱高h(yuǎn) 桌面離水平地面的高度H (2)2m1=2m1+m2 3.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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)軌以及滑塊A和B來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì)): 采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下: ①用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB。 ②調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平。 ③在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧,用電動(dòng)卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上。 ④用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離L1。 ⑤按下電鈕放開卡銷,同時(shí)使分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作。當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí),記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。 (1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是______________。 (2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是__________________,上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因是__________________________。 (3)利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大小?如果能,請(qǐng)寫出表達(dá)式;如果不能,請(qǐng)說明理由:__________________。 解析 (1)驗(yàn)證動(dòng)量守恒,需要知道物體的運(yùn)動(dòng)速度,在已經(jīng)知道運(yùn)動(dòng)時(shí)間的前提下,需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移,即需要測(cè)量的量是B的右端至D板的距離L2。 (2)由于運(yùn)動(dòng)前兩物體是靜止的,故總動(dòng)量為零,運(yùn)動(dòng)后兩物體是向相反方向運(yùn)動(dòng)的,設(shè)向左運(yùn)動(dòng)為正,則有mAvA-mBvB=0,即mA-mB=0。造成誤差的原因:一是測(cè)量本身就存在誤差,如測(cè)量質(zhì)量、時(shí)間、距離等存在誤差;二是空氣阻力或者是導(dǎo)軌不是水平的等。 (3)根據(jù)能量守恒知,兩運(yùn)動(dòng)物體獲得的動(dòng)能就是彈簧的彈性勢(shì)能。故有ΔEp=。 答案 (1)B的右端至D板的距離L2 (2)mA-mB=0 原因見解析 (3)能。ΔEp= 4.某同學(xué)用如圖所示的裝置,利用兩個(gè)大小相同的小球做對(duì)心碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,圖中AB是斜槽,BC是水平槽,它們連接平滑,O點(diǎn)為重錘線所指的位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)先不放置被碰球2,讓球1從斜槽上的某一固定位置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)10次,然后將球2置于水平槽末端,讓球1仍從位置G由靜止?jié)L下,和球2碰撞,碰后兩球分別在記錄紙上留下各自的痕跡,重復(fù)10次。實(shí)驗(yàn)得到小球的落點(diǎn)的平均位置分別為M、N、P。 (1)(多選)在該實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)選用的器材是下列器材中的______。(填選項(xiàng)字母) A.天平 B.游標(biāo)卡尺 C.刻度尺 D.大小相同的鋼球兩個(gè) E.大小相同的鋼球和硬橡膠球各一個(gè) (2)在此實(shí)驗(yàn)中,球1的質(zhì)量為m1,球2的質(zhì)量為m2,需滿足m1________(填“大于”“小于”或“等于”)m2。 (3)被碰球2飛行的水平距離由圖中線段________表示。 (4)若實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足m1=__________________,就可以驗(yàn)證碰撞過程中動(dòng)量守恒。 解析 (1)在小球碰撞過程中,水平方向根據(jù)動(dòng)量守恒定律有 m1v0=m1v1+m2v2, 在做平拋運(yùn)動(dòng)的過程中由于時(shí)間是相等的,所以得 tm1v0=tm1v1+tm2v2, 即m1=m1+m2。 可知,需要使用天平測(cè)量小球的質(zhì)量,使用刻度尺測(cè)量小球在水平方向的位移;所以需要選擇的器材有A、C、D。 (2)在小球碰撞過程中,水平方向根據(jù)動(dòng)量守恒定律有 m1v0=m1v1+m2v2, 在碰撞過程中動(dòng)能守恒故有 m1v=m1v+m2v, 解得v1=v0。 要碰后入射小球的速度v1>0,即 m1-m2>0,故答案為大于。 (3)1球和2球相撞后,2球的速度增大,1球的速度減小,都做平拋運(yùn)動(dòng),豎直高度相同,所以碰撞后2球的落地點(diǎn)是P點(diǎn),所以被碰球2飛行的水平距離由圖中線段表示。 (4)N為碰前入射小球落點(diǎn)的位置,M為碰后入射小球的位置,P為碰后被碰小球的位置,碰撞前入射小球的速度為v1=, 碰撞后入射小球的速度為v2=, 碰撞后被碰小球的速度為v3=, 若m1v1=m2v3+m1v2則表明通過該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒,代入數(shù)據(jù)得 m1=m1+m2。 答案 (1)ACD (2)大于 (3) (4)m1+m2 5.為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機(jī)械能損失),某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不等的小球,按下述步驟做實(shí)驗(yàn)。 ①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2,且m1>m2。 ②如圖所示,安裝好實(shí)驗(yàn)裝置;將斜槽AB固定在桌邊,使槽的末端點(diǎn)的切線水平,將一斜面BC連接在斜槽末端。 ③先不放小球m2,讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下,記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置。 ④將小球m2放在斜槽末端點(diǎn)B處,讓小球m1從斜槽頂端A處滾下,使它們發(fā)生碰撞,記下小球m1和小球m2在斜面上的落點(diǎn)位置。 ⑤用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離。圖中D,E,F(xiàn)點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置,到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D,LE,LF。 根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn),回答下列問題: (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后,m1的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn),m2的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn)。 (2)用測(cè)得的物理量來表示,只要滿足關(guān)系式________________________,則說明碰撞中動(dòng)量是守恒的。 (3)用測(cè)得的物理量來表示,只要再滿足關(guān)系式_________________________,則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。 解析 (1)不放小球m2時(shí),小球m1的落點(diǎn)在E點(diǎn);放上小球m2時(shí),小球m1撞擊小球m2后落在D點(diǎn),小球m2落在F點(diǎn)。 (2)若系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則應(yīng)滿足m1v1=m1v1′+m2v2′,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得LEcosθ=v1t1,LEsinθ=gt,整理得v1=;同理可得v1′=,v2′=,解得m1=m1+m2。 (3)若碰撞為彈性碰撞,則應(yīng)滿足m1v=m1v′+m2v′,結(jié)合上面的結(jié)論解得m1LE=m1LD+m2LF。 答案 (1)D F (2)m1=m1+m2 (3)m1LE=m1LD+m2LF- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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