课时训练1　实验探究碰撞中的不变量

课时训练1实验:探究碰撞中的不变量一、综合题1.如下图,球m1从斜槽某一高度由静止滚下,落到水平面上的P点。今在槽口末端放一与m1半径相同的球m2,仍让球m1从斜槽滚下,并与球m2正碰后使两球落地,球m1和m2的落地点分别是M、N。槽口末端在白纸上的投影位置为O点。那么实验必须满足的条件是()A.轨道末端的切线必须是水平的B.斜槽轨道必须光滑C.入射球m1每次必须从同一高度由静止滚下D.m1m2答案:AC解析:轨道末端水平可以保证小球做平抛运动,入射球m1每次从同一高度由静止滚下可以保证每次碰前入射球速度相同,故A、C项正确。B中斜槽是否光滑对实验几乎无影响,但质量m1应大于m2,否那么入射球会反弹,从而引起较大的误差。2.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,哪些因素可导致实验误差偏大()A.导轨安放不水平B.小车上挡光板倾斜C.两小车质量不相等D.两小车碰后连在一起答案:AB解析:导轨不水平,小车速度将会受重力影响;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移,导致速度计算出现误差。3.在气垫导轨上的两个滑块P、Q质量分别为m1、m2,它们碰撞后的速度分别为v1、v2,碰撞前P的速度为v1,那么碰撞前Q的速度为()A.0B.v1+v2-v1C.D.答案:D解析:根据实验探究的结果m1v1+m2v2=m1v1+m2v2可知,式中只有v2不知,利用该式解得v2=,所以选项D正确。4.在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量实验时,左侧滑块质量m1=170 g,右侧滑块质量m2=110 g,挡光片宽度为3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如下图。开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。左、右挡光片通过光电门的时间分别为t1=0.32 s、t2=0.21 s。取向左为正方向,那么两滑块的速度分别为v1=m/s,v2=m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=kgm/s,烧断细线后m1v1+m2v2=kgm/s。可得到的结论是。答案:0.094-0.14302.510-4kgm/s在实验允许的误差范围内,两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量解析:取向左方向为正方向,两滑块速度v1= m/s0.094 m/s,v2= m/s-0.143 m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=0烧断细线后m1v1+m2v2=(0.1700.094-0.1100.143)kgm/s2.510-3 kgm/s,在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2。5.在“探究碰撞中的不变量的实验中,也可以探究mv2这个量(对应于动能)的变化情况。甲(用弓形弹片)乙(安装撞针和橡皮泥)(1)假设采用弓形弹片弹开静止的两滑块的方案如图甲所示,弹开后的mv2的总量(选填“大于“小于或“等于)弹开前mv2的总量,这是因为。(2)假设采用乙图的方案,碰撞前mv2的总量(选填“大于“小于或“等于)碰后mv2的总量。说明该碰撞中,存在损失。答案:(1)大于弓形弹片将弹性势能转化为两滑块的动能(2)大于机械能(或动能)6.某同学用如下图装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。(1)安装器材时要注意:固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿方向。(2)某次实验中,得出小球落点情况如下图(单位是cm),P、M、N分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)。那么入射小球和被碰小球质量之比为m1m2=。答案:(1)水平(2)41解析:(1)为保证小球滚落后做平抛运动,斜槽末端的切线要沿水平方向。(2)由碰撞过程中mv的乘积总量守恒可知m1=m1+m2(t为运动时间)代入数据可解得m1m2=41。7.某同学把两块质量不同的铁块用细线连接,中间夹一被压缩了的弹簧,如下图。将这一系统置于光滑水平桌面上,烧断细线,观察物体的运动情况,进行必要的测量,来探究物体间相互作用时的不变量。(1)该同学还必须准备的器材是。(2)需要直接测量的数据是。(3)用所得数据验证物体间相互作用时的不变量的关系式是。答案:(1)刻度尺、天平(2)两铁块的质量m1、m2和两铁块落地点到桌边的水平距离x1、x2(3)m1x1=m2x2解析:此题为设计性实验,在细线烧断瞬间,在弹簧弹力的作用下两铁块m1、m2分别被弹出桌面做平抛运动,抛出时速度不易直接测量,但可以测量两铁块落点距抛出点的水平距离,故实验器材应有刻度尺、天平。设落地时间为t,用天平测出两铁块质量分别为m1、m2,用刻度尺测出落点距抛出点的水平距离分别为x1、x2,那么m1v1=m1,m2v2=m2,假设能求得m1x1=m2x2即推知m1v1=m2v2的等量关系。