高中物理 第十六章 动量守恒定律 1 实验：探究碰撞中的不变量课堂演练 新人教版选修35

1 实验：探究碰撞中的不变量1如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车上系有一穿过打点计时器的纸带，当甲车获得水平向右的速度时，随即启动打点计时器，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况，如图乙所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为_m/s，碰撞后的共同速度大小为_m/s.已测得甲小车的质量m10.20 kg，乙小车的质量m20.10 kg，由以上测量结果可得：碰前总动量为_kgm/s；碰后总动量为_kgm/s.图甲图乙解析：碰撞前x1.2 cm，碰撞后x0.8 cm，T0.02 s，由v得碰前v甲0.6 m/s；碰后v0.4 m/s.碰前总动量p1m1v10.20.6 kgm/s0.12 kgm/s碰后的总动量：p2(m1m2)v20.30.4 kgm/s0.12 kgm/s.答案：0.60.40.120.122(1)利用气垫导轨通过频闪照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选下图中的_(填“甲”或“乙”)；若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的_(填“甲”或“乙”)(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)图甲图乙(2)某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的照片如图丙所示已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在080 cm 范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x10 cm处若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的_时刻，A、B两滑块质量比mAmB_图丙解析：(1)若要求碰撞时动能损失最大，则需两物体碰撞后结合在一起，故应选图中的乙；若要求碰撞动能损失最小则应使两物体发生完全弹性碰撞，即选图中的甲；(2)由图可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x10 cm处；第二次A在x30 cm处；第三次A在x50 cm处；碰撞在x60 cm处，从第三次闪光到碰撞的时间为，则可知碰撞发生在第1次闪光后的2.5T时刻；若设碰前A的速度为v，则碰后A的速度为，B的速度为v，根据动量守恒定律可得：mAvmAmBv，解得：.答案：(1)乙 甲(2)2.5T233如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz.开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用细绳连接，细绳烧断后，两个滑块向相反方向运动已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，细绳烧断后，A滑块做_运动，其速度大小为_m/s，本实验得出的结论是_解析：由题图可知，细绳烧断后A、B均做匀速直线运动，开始时：vA0，vB0，A、B被弹开后，vA0.09 m/s，vB0.06 m/s，mAvA0.20.09 kgm/s0.018 kgm/s，mBvB0.30.06 kgm/s0.018 kgm/s，由此可得：mAvAmBvB，即0mBvBmAvA.结论：两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒答案：匀速直线0.09两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒4.用如图所示装置探究碰撞中的不变量，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，离地面高度为H，O点到A球球心距离为L，使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为.A球释放后摆到最低点时恰好与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D，保持角度不变多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点(1)图中s应是B球初始位置到_的水平距离(2)实验中需要测量的物理量有哪些？(3)实验中不变量遵循的关系式是怎样的？解析：由机械能守恒定律可知：mAgL(1cos )mAv，则A球向下摆到与B球相碰前的速度为vA，碰后A球的速度vA，碰后B球做平抛运动，vBs .在碰撞中物体质量与速度的乘积之和不变，则mAvAmAvAmBvB.故有mAmAmBs.答案：(1)落地点(2)L、H、s、mA、mB(3)mAmAmBs5如图所示，在做“碰撞中的动量守恒”的实验中，所用钢球质量m1，玻璃球的质量为m2，两球的半径均为r.实验时，钢球从斜槽上同一位置由静止释放，玻璃球置于小支柱上(设两球碰撞为弹性碰撞，小支柱不影响钢球的运动)某同学重复10次实验得到如下图所示的记录纸，其中O是斜槽末端的投影点回答下列问题：(1)P点为_落点，M点为_落点，N为_落点；(2)安装和调整实验装置的两个主要要求是：_.测量得OMx1，OPx2，ONx3，则要验证的动量守恒关系式为(用题中所给相关符号表示)：_解析：(1)入射小球和被碰小球相撞后，被碰小球的速度增大，入射小球的速度减小，碰前碰后都做平抛运动，高度相同，落地时间相同，所以P点是没放玻璃球时，钢球的平均落地点，M点是碰后钢球的平均落地点，N点为碰后被碰玻璃球的平均落地点(2)为了保证小球做平抛运动，安装轨道时，轨道末端必须水平否则会引起误差；为了发生对心碰撞，两球的直径需相同且在同一高度，否则会引起误差碰撞过程中，如果水平方向动量守恒，由动量守恒定律得：m1v1m1v1m2v2，小球做平抛运动时抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间t相等，两边同时乘以时间t, m1v1tm1v1tm2v2t，由此表达式为： m1x2m1x1m2(x32r)答案：(1)没放玻璃球时，钢球的平均落点或钢球单独滚下时的平均落点碰撞后，钢球的平均落点碰撞后，玻璃球的平均落点(2)斜槽末端保持水平，碰撞时两球球心在同一水平线上m1x2m1x1m2(x32r)6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375