2020-2021學(xué)年高二物理人教版選修3-5課后作業(yè)：第十六章 第1節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量 Word版含解析

1、1(多選)在使用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，必須滿足的實(shí)驗(yàn)條件是()a斜槽軌道必須是光滑的b斜槽軌道末端的切線必須水平c入射球每次都要從同一高度由靜止釋放d碰撞時(shí)，入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行答案bcd解析只有滿足選項(xiàng)b、d中條件時(shí)才能保證小球的運(yùn)動(dòng)為平拋運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一維碰撞，避免斜碰，b、d正確。本實(shí)驗(yàn)是通過平拋運(yùn)動(dòng)確定入射球碰前速度，斜槽軌道的光滑與否無影響，a錯(cuò)誤。入射球每次從同一高度由靜止釋放，保證了入射球每次碰前速度相同，c正確。2(多選)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)，下列哪些說法是正確的()a相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝

2、上橡皮泥，是為了改變兩車的質(zhì)量b相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后連在一起c先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車d先釋放拖動(dòng)紙帶的小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源答案bc解析一個(gè)裝上撞針，而另一個(gè)裝上橡皮泥，這樣做的目的，不是為了改變兩車的質(zhì)量，a錯(cuò)誤；而是為了碰撞后連在一起有共同速度，便于測(cè)量碰后的速度，b正確；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用原則是先接通電源再釋放拖動(dòng)紙帶的小車，c正確，d錯(cuò)誤。3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)：在小車a前端裝有橡皮泥，小車b前端裝有撞針，輕推一下小車a使之勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在前方的小車b相碰并連成一體，繼續(xù)做勻

3、速運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的裝置如下圖所示，在小車a的后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 hz。(1)木板的一端下邊墊著小木塊用來_。(2)在實(shí)驗(yàn)中，需要的測(cè)量工具有_。a彈簧測(cè)力計(jì) b毫米刻度尺c天平 d螺旋測(cè)微器(3)已測(cè)得小車a(包括橡皮泥)的質(zhì)量為m10.310 kg，小車b(包括撞針)的質(zhì)量為m20.205 kg，由以上測(cè)量可得：(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)碰前兩車質(zhì)量與速度乘積之和為_ kg·m/s；碰后兩車質(zhì)量與速度乘積之和為_ kg·m/s。(4)結(jié)論：_。答案(1)平衡摩擦力(2)bc(3)0.6200.618(4)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，兩小車的質(zhì)量和速度的乘積

4、(mv)之和在碰撞中保持不變解析(1)木板的一端下邊墊著小木塊用來平衡摩擦力。(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量小車的質(zhì)量和速度，所以需要天平，需要運(yùn)用刻度尺測(cè)量點(diǎn)跡間的距離，從而計(jì)算出速度。所以b、c兩項(xiàng)是正確的。(3)碰撞前，小車a的速度v1 m/s2.0 m/s，碰撞后，系統(tǒng)的速度v2 m/s1.2 m/s，則碰撞前兩車質(zhì)量與速度乘積之和p1m1v100.310×2.0 kg·m/s0.620 kg·m/s，碰撞后兩車質(zhì)量與速度乘積之和p2(m1m2)v2(0.3100.205)×1.2 kg·m/s0.618 kg·m/s。(4)可以知道在

5、實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，兩小車的質(zhì)量和速度的乘積(mv)之和在碰撞中保持不變。4某班物理興趣小組選用如圖所示裝置來探究碰撞中的不變量。將一段不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)繩一端與力傳感器(可以實(shí)時(shí)記錄繩所受的拉力)相連固定在o點(diǎn)，另一端連接小鋼球a，把小鋼球拉至m處可使繩水平拉緊。在小鋼球最低點(diǎn)n右側(cè)放置有一水平氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上放有小滑塊b(b上安裝寬度較小且質(zhì)量不計(jì)的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計(jì))。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。某同學(xué)按如圖所示安裝氣墊導(dǎo)軌、滑塊b(調(diào)整滑塊b的位置使小鋼球自由下垂靜止在n點(diǎn)時(shí)與滑塊b接觸而無壓力)和光電門，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌高度，確保小鋼球a通過最低點(diǎn)時(shí)恰好與滑塊b發(fā)生一維碰撞

6、。讓小鋼球a從某位置釋放，擺到最低點(diǎn)n與滑塊b碰撞，碰撞后小鋼球a并沒有立即反向，碰撞時(shí)間極短。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，除了毫秒計(jì)讀數(shù)t、碰撞前瞬間繩的拉力f1、碰撞結(jié)束瞬間繩的拉力f2、滑塊b質(zhì)量mb和遮光板寬度d外，還需要測(cè)量的物理量有_。a小鋼球a的質(zhì)量mab繩長(zhǎng)lc小鋼球從m到n運(yùn)動(dòng)的時(shí)間(2)滑塊b通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vb_。(用題中已給的物理量符號(hào)來表示)(3)實(shí)驗(yàn)中的不變量的表達(dá)式是：_。(用題中已給的物理量符號(hào)來表示)答案(1)ab(2)(3) mb解析滑塊b通過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vb，根據(jù)牛頓第二定律得，f1magma，f2magma，碰撞中mv不變，則mav1mav2mbvb整

7、理得mb，可以知道還需要測(cè)量小鋼球的質(zhì)量ma，繩長(zhǎng)l，所以a、b兩項(xiàng)是正確的。5某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量。圖中兩擺擺長(zhǎng)相同，懸掛于同一高度，a、b兩擺球均很小，質(zhì)量之比為12。當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，小球剛好接觸。向右上方拉動(dòng)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(dòng)，且最大擺角為30°。若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為±4%，此實(shí)驗(yàn)是否成功地驗(yàn)證了碰撞前后兩小球的質(zhì)量與速度的乘積之和保持不變。答案此實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了碰撞前后兩球的質(zhì)量與速度的乘積之和保持不變。解析設(shè)擺球a、b的質(zhì)量分別為ma、

8、mb，擺長(zhǎng)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(jī)械能守恒定律得h1l(1cos45°)mbvmbgh1設(shè)碰撞前、后兩擺球的質(zhì)量與速度的乘積大小分別為p1、p2。有p1mbvb聯(lián)立式得p1mb同理可得p2(mamb)聯(lián)立式得 代入已知條件得1.014，由此可以推出<4%。所以，此實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了碰撞前后兩球的質(zhì)量與速度的乘積之和保持不變。6(1)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小車上擋光片傾斜c兩小車質(zhì)量不相等 d兩小車碰后連在一起(2)“探究碰撞中的不變量”的

9、實(shí)驗(yàn)采用以下兩種實(shí)驗(yàn)方案：如圖甲所示為氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的兩滑塊質(zhì)量相等，兩滑塊上的擋光片寬度相同?，F(xiàn)將氣墊導(dǎo)軌水平放置做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中用滑塊甲撞擊靜止在導(dǎo)軌上的滑塊乙。第一次在兩滑塊碰撞端裝上彈簧片，第二次在兩滑塊碰撞端分別裝上橡皮泥和撞針。兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)滑塊甲碰前通過光電門計(jì)時(shí)裝置記錄的擋光片的擋光時(shí)間相等，碰后滑塊乙第一次和第二次通過光電門計(jì)時(shí)裝置記錄的擋光片擋光時(shí)間分別為t1、t2。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩次碰撞中的不變量，t1、t2的關(guān)系應(yīng)為t1_(選填“>”“<”或“”)t2。若大小相等的入射小球和被碰小球的質(zhì)量均已知，利用如圖乙所示的裝置和器材做“探究碰撞中的

10、不變量”的實(shí)驗(yàn)，還需要的器材是_。答案(1)ab(2)<刻度尺解析(1)導(dǎo)軌不水平，小車速度將會(huì)受重力影響，a項(xiàng)正確；擋光板傾斜會(huì)導(dǎo)致?lián)豕馄瑢挾炔坏扔趽豕怆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)正確。(2)設(shè)滑塊甲、乙的質(zhì)量均為m，擋光片的寬度為l，滑塊甲碰撞前擋光片通過光電門的時(shí)間為t，第一次碰撞因?yàn)橛袕椈善?，無機(jī)械能損失，設(shè)甲碰撞前后的速度分別為v0、v，碰后乙的速度為v1，則mvmv2mv，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不變量，則mv0mvmv1，解得v0，v1v0。則第一次碰撞前后，有mv0mv1，即mm；第二次碰撞前后，甲、乙粘在一起，有mv02mv2，即m2m，故t1<t2。用大小相

11、等的入射小球和被碰小球發(fā)生碰撞來“探究碰撞中的不變量”，難點(diǎn)是速度的測(cè)定，本裝置可以應(yīng)用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律來解決速度的測(cè)定，需要測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移，即需要刻度尺。7(1) 如圖甲所示，質(zhì)量為m1的入射球從斜槽某一高度由靜止?jié)L下，落到水平面上的p點(diǎn)。今在槽口末端放一與入射球半徑相同的質(zhì)量為m2的被碰球，仍讓入射球從斜槽同一高度滾下，并與被碰球正碰后使兩球落地，入射球和被碰球的落地點(diǎn)分別是m、n。已知槽口末端在白紙上的投影位置為o點(diǎn)。則實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件是()a軌道末端的切線是水平的b斜槽軌道光滑cm1m2dm1<m2(2)用如圖乙所示的裝置進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：a先測(cè)出滑塊a、b的質(zhì)量m、m及滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭b用細(xì)線將滑塊a、b連接，使a、b間的彈簧壓縮，滑塊b緊靠在桌邊c剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊b做平拋運(yùn)動(dòng)落地點(diǎn)到重垂線的水平距離x1和滑塊a沿桌面滑行的距離x2為探究碰撞中的不變量，寫出還需測(cè)量的物理量及表示它們的字母：_。若mv為不變量，需驗(yàn)證的關(guān)系式為_。答案(1)a(2)桌面離水平地面的高度hmmx10解析(1)軌道末端切線水平可以保證入射球做平拋運(yùn)動(dòng)，a正確；斜槽是否光滑對(duì)實(shí)驗(yàn)幾乎無影響，但m1應(yīng)大于m2