2024-2025學(xué)年高中物理第16章動量守恒定律第1節(jié)實驗：探究碰撞中的不變量課堂練習(xí)含解析新人教版選修3-5VIP

PAGE3-試驗：探究碰撞中的不變量1．(2024·山東省高密一中高二下學(xué)期檢測)氣墊導(dǎo)軌工作時能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮從而基本消退掉摩擦力的影響，因此成為重要的試驗器材，氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計協(xié)作運用能完成很多試驗?，F(xiàn)供應(yīng)以下試驗器材：(名稱、圖象、編號如圖所示)利用以上試驗器材還可以完成“探究一維碰撞中的守恒量”的試驗。為完成此試驗，某同學(xué)將試驗原理設(shè)定為：m1v0＝(m1＋m2)v(1)針對此原理，我們應(yīng)選擇的器材編號為：__ABC__。(2)在我們所選的器材中：__B__器材對應(yīng)原理中的m1(填寫器材編號)。解析：該試驗的原理為m1v0＝(m1＋m2)v，兩個物體最終粘在一起，一起運動，通過光電門可以測量速度的大小，所以應(yīng)選擇的器材為A、B、C。因為m1應(yīng)當(dāng)是先運動的滑塊，不是靜止的滑塊，所以對應(yīng)的器材是B。2．(2024·山東省昌樂二中高二下學(xué)期檢測)某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞中的不變量的試驗：將打點計時器固定在光滑的長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車A的后面。讓小車A運動，小車B靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，如圖1，碰撞時撞針插入橡皮泥把兩小車粘合成一體。他在安裝好試驗裝置后，先接通電源然后輕推小車A，使A獲得肯定的速度，電磁打點計時器在紙帶上打下一系列的點，已知電源頻率為50Hz。(1)試驗中打出的紙帶如圖2所示，并測得各計數(shù)點間距標(biāo)在圖上，則應(yīng)選__BC__段計算A的碰前速度；應(yīng)選__DE__段計算A和B碰后的共同速度(選填：“BC”、“CD”或“DE”)。(2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0.20kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.10kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前m1v1＝__0.21__kg·m/s；碰后(m1＋m2)v2＝__0.20__kg·m/s。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)由以上試驗結(jié)果，可知在誤差允許的范圍內(nèi)，AB碰撞過程中__質(zhì)量m與速度v的乘積之和__不變。解析：(1)A與B碰后粘在一起，速度減小，相等時間內(nèi)的間隔減小，可知通過BC段來計算A的碰前速度，通過DE段計算A和B碰后的共同速度。(2)A碰前的速度：v1＝eq\f(\x\to(BC),t)＝eq\f(0.105,0.1)m/s＝1.05m/s碰后共同速度：v2＝eq\f(\x\to(DE),t)＝eq\f(0.068,0.1)m/s＝0.68m/s碰前：m1v1＝0.2×1.05kg·m/s＝0.21kg·m/s碰后：(m1＋m2)v2＝0.3×0.68kg·m/s＝0.20kg·m/s可知在誤差允許范圍內(nèi)，AB碰撞過程中，質(zhì)量m與速度v的乘積之和保持不變。3．(2024·湖南省長沙市高二下學(xué)期檢測)用如圖所示裝置來進行探究碰撞的不變量的試驗，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸掛于O點，當(dāng)細(xì)線被拉直時O點到球心的距離為L，且細(xì)線與豎直線之間夾角為α。球A由靜止釋放，擺到最低點時恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直線夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張覆蓋有復(fù)寫紙的白紙D，用來記錄球B的落點。保持α角度不變，多次重復(fù)上述試驗，在白紙上記錄到多個B球的落地點。(1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到__B球落地點__的水平距離。(2)為了探究碰撞中的守恒量，應(yīng)測得mA、mB、L、α、β、H、s等物理量。(3)用測得的物理量表示：mAvA＝__mAeq\r(2gL1－cosα)__；mAv′A＝__mAeq\r(2gL1－cosβ)__；mBv′B＝__mB·seq\r(\f(g,2H))__。解析：本題須要求解出A、B碰撞前、后的速度。B碰撞前靜止，碰后做平拋運動，要求其平拋運動的初速度則需了解B碰后的水平位移，則s為B球的初始位置到落地點的水平距離，由平拋運動的學(xué)問可得B碰后的速度為v′B＝eq\f(s,t)＝eq\f(s,\r(\f(2H,g)))。由機械能守恒定律可得A碰前的速度為vA＝eq\r(2gL1－cosα)，同理可得A碰后的速度為v′A＝eq\r(2gL1－cosβ)。明顯須要測得的物理量有：mA、mB、L、α、β、H、s。4．(2024·福建省“永安一中、德化一中、漳平一中”三校協(xié)作高二下學(xué)期聯(lián)考)某同學(xué)在做“探究碰撞中的不變量”試驗中，所用裝置如圖所示。(1)下面是本試驗部分測量儀器或工具，須要的是__BC__。A．秒表 B．天平C．刻度尺 D．彈簧秤(2)為了完成本試驗，下列必須要求的試驗條件是__AC__。A．斜槽軌道末端的切線必需水平B．入射球和被碰球的質(zhì)量必需相等C．入射球和被碰球大小必需相同D．入射球每次不必從軌道的同一位置由靜止?jié)L下(3)某次試驗中得出的落點狀況如圖所示，假設(shè)碰撞過程中質(zhì)量與速度的乘積mv守恒，則入射小球質(zhì)量m1和被碰小球質(zhì)量m2之比為__4∶1__。解析：(1)本試驗須要天平稱量物體的質(zhì)量，須要刻度尺測量長度，故選BC。(2)要保證碰撞后兩個球做平拋運動，故斜槽軌道末端的切線必需水平，故A正確；入射球質(zhì)量要大于被碰球質(zhì)量，即m1＞m2，防止碰后m1被反彈，故B錯誤；為保證兩球正碰，則兩球大小必需相等，選項C正確；為保證碰撞的初速度相同，入射球每次必需從軌道的同一位置由靜止?jié)L下，故D錯誤；