高中物理16.1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量(習(xí)題)

1、16.1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量1. 在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，為了順利地完成實(shí)驗(yàn)，入射球質(zhì)量為m,被碰球質(zhì)量為R!，二者關(guān)系應(yīng)是（）A.mmB.m=mC.miM)MPN（單位:cm）甲乙(1) 碰撞后B球的水平射程應(yīng)為cm(2) 在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測量？答：(填選項(xiàng)號).A.水平槽上未放B球時，測量A球落點(diǎn)位置到0點(diǎn)的距離B.A球與B球碰撞后，測量A球落點(diǎn)位置到0點(diǎn)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E.測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度6. 水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質(zhì)量分別是0.6kg和0.2kg.A車的車尾拉著紙帶，A車以某一速度與靜止的B

2、車發(fā)生一維碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運(yùn)動.碰撞前后打點(diǎn)計(jì)時器打下的紙帶如圖所示.根據(jù)這些數(shù)據(jù)，請猜想：把兩小車加在一起計(jì)算，有一個什么物理量在碰撞前后是相等的？5.8cm6.6cm7某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖（a）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)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖（b）所示，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。鐸滑塊導(dǎo)軌標(biāo)尺調(diào)節(jié)旋鈕（1）下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： 安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌

3、的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌通人壓縮空氣； 把打點(diǎn)計(jì)時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)時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向； 滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間； 先，然后，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動； 取下紙帶，重復(fù)步驟，選出較理想的紙帶如下圖所示：20.0cm 測得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205g；試完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容。（2）已知打點(diǎn)計(jì)時器每隔0.02s打一個點(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

4、作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為_kgmj/s（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紙帶與打點(diǎn)計(jì)時器的限位空有摩擦。&AB兩滑塊在同一光滑的水平直導(dǎo)軌上相向運(yùn)動發(fā)生碰撞(碰撞時間極短)。用閃光照相，閃光4次攝得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時間間隔為t，而閃光本身持續(xù)時間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范圍內(nèi)，且第一次閃光時，滑塊A恰好通過x=55cm處，滑塊B恰好通過x=70cm處，問：(1)碰撞發(fā)生在何處？(2) 碰撞發(fā)生在第一次閃光后多長時間？(3) 設(shè)兩滑塊的質(zhì)量之比為nA：m=2：3,試分析碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和

5、是否相等？01020304050607080%/cmIII參考答案:1. D2. C1/21/2/1/23. 2gl(1-cosa)2gl(1-cos3)_2gl(1-cosa)、2gl(1-cos/1/23)4. 解析(1)小車A碰前做勻速直線運(yùn)動，打在紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小CD段AB兩小車相互碰撞.DE段計(jì)算碰后速度.車碰前速度應(yīng)選BC段；CD段上所打的點(diǎn)由稀變密；可見在B撞后一起做勻速運(yùn)動，所打出的點(diǎn)又應(yīng)是間距均勻的故應(yīng)選(2)碰前mAVA十mVB=0.420kgm/s碰后mava/十mvB=(mA十m)v=O.417kgmj/s.其中，va=BC/At=1.05m/s。v

6、a=Vb=DE/At=0.695m/s.mv之和是相等的.證碰撞過程中動量守恒，這通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個小車的答案(1)BCDE(2)0.4200.417點(diǎn)評此題是根據(jù)1998年上海高考題改編的，原題為驗(yàn)里結(jié)合所學(xué)內(nèi)容將說法稍作變動.此題的關(guān)鍵是選擇紙帶上的有效段，”理解為桿么要選擇這樣的有效段(勻速運(yùn)動，打點(diǎn)應(yīng)均勻).5. 解析(1)將10個點(diǎn)圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點(diǎn)，可由刻度尺測得碰撞后B球的水平射程約為64.7cm.(2)從同一高度做平拋運(yùn)動飛行的時間t相同，而水平方向?yàn)閯蛩龠\(yùn)動，故水平位移s=vt，所以只要測出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移代替平拋初速度，亦即碰撞前后的速度，通過計(jì)算mAOP與mAOM+mON是否相等，即可以說明兩個物體碰撞前后各自的質(zhì)量與其速度的乘積之和是否相等，故必須測量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項(xiàng)AB、D是必須進(jìn)行的測量。答案(1)64.7cm(64.2-65.2cm均可);(2)A、BD點(diǎn)評本題是2000年全國高考題，該題中利用平拋運(yùn)動的規(guī)律，巧妙地提供了一種