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同步練習 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同步練習 新人教版選修3-5 1.在利用氣墊導軌探究碰撞中的不變量實驗中,下列哪些因素可導致實驗誤差( ) A.導軌安放不水平 B.滑塊上擋光板傾斜 C.兩滑塊質(zhì)量不相等 D.兩滑塊碰后連在一起 答案:AB 解析:選項A中,導軌不水平將導致滑塊速度受重力分力影響,從而產(chǎn)生實驗誤差;選項B中,擋板傾斜會導致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段滑塊通過的位移;實驗中并不要求兩滑塊的質(zhì)量相等;兩滑塊碰后連在一起只意味著碰撞過程能量損失最大,并不影響碰撞中的守恒量。綜上所述,答案為A、B。 2.用如圖所示的裝置可以完成“探究碰撞中的不變量”實驗。若實驗中選取的A、B兩球半徑相同,為了使A、B發(fā)生一維碰撞,應使兩球懸線長度________,懸點Q1、Q2之間的距離等于________。 答案:相等 球的直徑 解析:為了保證一維碰撞,碰撞點應與兩球球心同在一條水平線上,故兩球懸線長度相等,O1、O2之間距離等于球的直徑。 3.如圖甲所示,在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車,甲車上系有一穿過打點計時器的紙帶,當甲車獲得水平向右的速度時,隨即啟動打點計時器,甲車運動一段距離后,與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運動,紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車的運動情況,如圖乙所示,電源頻率為50Hz,則碰撞前甲車速度大小為________m/s,碰撞后的共同速度大小為________m/s。 答案:0.6 0.4 解析:碰撞前Δx=1.2cm,碰撞后Δx′=0.8cm,T=0.02s,由v=得碰前v甲==0.6m/s;碰后v==0.4m/s。 4.如圖所示為氣墊導軌上兩個滑塊A、B相互作用后運動過程的頻閃照片,頻閃的頻率為10 Hz。開始時兩個滑塊靜止,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,兩個滑塊向相反方向運動。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________運動,其速度大小為________m/s,本實驗中得到的結(jié)論是_________________________________________。 答案:勻速 0.09 碰撞前后滑塊A、B的質(zhì)量與速度乘積之和為不變量 解析:碰撞前:vA=0,vB=0,所以有mAvA+mBvB=0 碰撞后:v′A=0.09m/s,v′B=0.06m/s 規(guī)定向右為正方向:mAv′A+mBv′B=0.2(-0.09)+0.30.06=0 則由以上計算可知:mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B。 5.“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=10g,由實驗測得它們在碰撞前后的x-t圖象如圖,可知入射小球碰撞后的m1v′1是________,入射小球碰撞前的m1v1是______,被碰撞后的m2v′2是________。由此得出結(jié)論____________。 答案:0.0075kgm/s 0.015 kgm/s 0.0075 kgm/s 碰撞中mv的矢量和是守恒量 解析:碰撞前m1的速度大小v1=m/s=1m/s,故碰撞前的m1v1=0.015kg1m/s=0.015kgm/s。 碰撞后m1的速度大小v1′=m/s=0.5m/s, m2的速度大小v2′=m/s=0.75m/s, 故m1v1′=0.015kg0.5m/s=0.0075kgm/s, m2v2′=0.010.75kgm/s=0.0075kgm/s, 可知m1v1=m1v1′+m2v2′。 6.(廣東揭陽市惠來一中xx~xx學年高二下學期期末)某同學設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的實驗:在小車甲的前端粘有橡皮泥,推動小車甲使之做勻速直線運動。然后與原來靜止在前方的小車乙相碰并粘合成一體,而后兩車繼續(xù)做勻速直線運動,他設(shè)計的具體裝置如圖所示。在小車甲后連著紙帶,打點計時器打點頻率為50Hz,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。 (1)若已得到打點紙帶如圖所示,并測得各計數(shù)點間距并標在圖上,A為運動起始的第一點,則應選________段計算小車甲的碰前速度,應選________段來計算小車甲和乙碰后的共同速度(以上兩格填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)。 (2)已測得小車甲的質(zhì)量m甲=0.40kg,小車乙的質(zhì)量m乙=0.20kg,由以上測量結(jié)果可得:碰前m甲v甲+m乙v乙=__________kgm/s;碰后m甲v甲′+m乙v乙′=______kgm/s。 (3)通過計算得出的結(jié)論是什么? 答案:(1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)在誤差允許范圍內(nèi),碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的。 解析:(1)觀察打點計時器打出的紙帶,點跡均勻的階段BC應為小車甲與乙碰前的階段,CD段點跡不均勻,故CD應為碰撞階段,甲、乙碰撞后一起勻速直線運動,打出間距均勻的點,故應選DE段計算碰后共同的速度。 (2)v甲==1.05m/s,v′==0.695m/s m甲v甲+m乙v乙=0.420kgm/s 碰后m甲v′甲+m乙v′乙=(m甲+m乙)v′ =0.600.695kgm/s=0.417kgm/s 能力提升 1.在“探究碰撞中的不變量”的實驗中,也可以探索mv2這個量(對應于動能)的變化情況。 (1)若采用弓形彈片滑塊的方案如圖甲所示,彈開后的mv2的總量________(填“大于”“小于”或“等于”)彈開前mv2的總量,這是因為________________________。 (2)若采用圖乙所示的方案,碰撞前mv2的總量______(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量,說明碰撞中機械能________。(填“守恒”或“不守恒”)。 (3)若采用圖丙所示的方案,碰撞前mv2的總量______(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量,說明碰撞中存在________損失。 答案:(1)大于 彈片的彈性勢能轉(zhuǎn)化為兩滑塊動能,滑塊動能增加 (2)等于 守恒 (3)大于 機械能 解析:(1)彈開前,兩滑塊靜止,動能為零;彈開后,彈片的彈性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的動能,故彈開后mv2增大。 (2)取兩滑塊及彈簧為系統(tǒng),整個系統(tǒng)作用前后機械能守恒,故碰撞前后mv2不變。 (3)兩滑塊的碰撞過程中,撞針刺入橡皮泥需克服摩擦阻力做功,該過程中機械能有損失,故碰撞前mv2大于碰撞后mv2。 2.如圖所示“為探究碰撞中的不變量”的實驗裝置示意圖。 (1)因為下落高度相同的平拋小球(不計空氣阻力)的飛行時間相同,所以我們在實驗中可以用________作為時間單位。 (2)本實驗中,實驗必須要求的條件是( ) A.斜槽軌道必須是光滑的 B.斜槽軌道末端點的切線是水平的 C.入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速釋放 D.入射球與被碰球滿足ma>mb,ra=rb (3)圖中M、P、N分別為入射球與被碰球?qū)穆潼c的平均位置,則實驗中要驗證的關(guān)系是( ) A.maON=maOP+mbOM B.maOP=maON+mbOM C.maOP=maOM+mbON D.maOM=maOP+mbON 答案:(1)平拋時間 (2)B、C、D (3)C 解析:(1)在此實驗裝置中兩球的飛行時間相同,實驗中可用平拋時間作為單位時間,從而變比較速度大小為比較水平位移的大小。 (2)選B、C、D。此實驗要求兩小球平拋。所以應使斜槽末端點的切線是水平的,B對。要求碰撞時入射小球的速度不變,應使入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速釋放即可,C對,A錯。為使入射小球不返回且碰撞時為對心正碰,應使ma>mb且ra=rb,D對。 (3)選C。實驗中要驗證mav1=mav1′+mbv′2,取平拋時間為單位時間,則變?yōu)閙a=ma+mb,即maOP=maOM+mbON。 3.用天平、氣墊導軌(帶光電計時器和兩個滑塊)探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量,本實驗可用自動照相機代替打點計時器(閃光頻率為10 Hz),步驟方法如下: (1)用天平稱出兩滑塊的質(zhì)量。mA=0.10kg,mB=0.20kg,放在水平的氣墊導軌上(導軌上標尺的最小分度為1cm,滑塊可看做質(zhì)點); (2)碰撞前后連續(xù)三次閃光拍照得圖中a、b、c所示的照片; 請你根據(jù)圖示數(shù)據(jù)探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量。 答案:mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B,即碰撞前后mv之和保持不變。 解析:由題圖a、b可確定A的速度為 vA=m/s=0.6m/s 則mAvA=0.10.6kgm/s=0.06kgm/s 從題圖b、c看出滑塊A與B靠近到發(fā)生碰撞需 t2=s=2.510-2s 所以A與B碰后回到7.0cm位置,歷時 Δt=(0.1-2.510-2)s=7.510-2s 因此,求出v′A=m/s=-0.2m/s v′B=m/s=0.4m/s 所以碰撞后:mAvA′+mBv′B=610-2 kgm/s 由以上計算可得:mAvA+mBvB=mAv′A+mBv′B。 4.某同學利用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量。圖 中兩擺擺長相同,懸掛于同一高度,A、B兩擺球均很小,質(zhì)量之比為1∶2。當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時,其側(cè)面剛好接觸。向左上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角,然后將其由靜止釋放,結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動,且最大擺角為30。此實驗能否成功說明碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積是不變量? 答案:能 解析:設(shè)擺球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,擺長為l,B球的初始高度為h1,碰撞前B球的速度為vB。在不考慮擺線質(zhì)量的情況下,根據(jù)題意及機械能守恒定律得 h1=l(1-cos45) mBv=mBgh1 碰撞前速度vB= 所以碰撞前質(zhì)量與速度乘積為 mBvB=mB 同理可得碰撞后共同速度 vAB= 碰撞后質(zhì)量與速度乘積為 (mA+mB)vAB=(mA+mB) 所以= 代入已知條件得≈1.0 所以mBvB=(mA+mB)vAB 所以,此實驗成功地說明了碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積是不變量。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、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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