2019年高中物理 第16章 第1节实验 探究碰撞中的不变量检测试题 新人教版选修3-5 .doc

2019年高中物理 第16章 第1节实验 探究碰撞中的不变量检测试题 新人教版选修3-51在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，下列哪些因素可导致实验误差()A导轨安放不水平 B滑块上挡光板倾斜C两滑块质量不相等D两滑块碰后连在一起答案：AB解析：选项A中，导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响，从而产生实验误差；选项B中，挡板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移；实验中并不要求两滑块的质量相等；两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大，并不影响碰撞中的守恒量。综上所述，答案为A、B。2用如图所示的装置可以完成“探究碰撞中的不变量”实验。若实验中选取的A、B两球半径相同，为了使A、B发生一维碰撞，应使两球悬线长度_，悬点Q1、Q2之间的距离等于_。答案：相等球的直径解析：为了保证一维碰撞，碰撞点应与两球球心同在一条水平线上，故两球悬线长度相等，O1、O2之间距离等于球的直径。3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m1170 g，右侧滑块质量m2110 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，如图所示。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。挡光片通过光电门的时间分别为t10.32s，t20.21s。则两滑块的速度分别为v1_m/s，v2_m/s。烧断细线前m1v1m2v2_kgm/s，烧断细线后m1v1m2v2_kgm/s。可得到的结论是_。答案：0.0940.14302.5104kgm/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，两滑块速度v1m/s0.094m/s，v2m/s0.143m/s。烧断细线前m1v1m2v20烧断细线后m1v1m2v2(0.1700.0940.1100.143)kgm/s2.5104kgm/s，在实验允许的误差范围内，m1v1m2v2m1v1m2v2。4水平光滑桌面上有A、B两个小车，质量分别是0.6kg和0.2kg，A 车的车尾拉着纸带，A车以某一速度与静止的B车碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动。碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示，根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的？答案：碰撞前后mv是相等的。解析：由纸带可以看出，A、B两个小车碰前和碰后都是向右运动，且碰撞时发生在从右边数第5个点时，A车碰前碰后都看成匀速运动，右边4个间隔距离为6.6cm，时间t40.02s0.08s，vAcm/s82.5cm/s0.825m/sA物体的mAvA0.6kg0.825m/s0.495kgm/s碰后A与B一起运动的速度vAB0.58m/s则(mAmB)vAB(0.60.2)kg0.58m/s0.464kgm/s故在误差范围内，mv在碰撞前后是相等的。5(宁波效实中学xxxx学年高二下学期期末)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示。在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标在图上，A为运动起始的第一点，则应选_段计算小车甲的碰前速度，应选_段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两格填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)。(2)已测得小车甲的质量m甲0.40kg，小车乙的质量m乙0.20kg，由以上测量结果可得：碰前m甲v甲m乙v乙_kgm/s；碰后m甲v甲m乙v乙_kgm/s。(3)通过计算得出的结论是什么？答案：(1)BCDE(2)0.4200.417(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的。解析：(1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段BC应为小车甲与乙碰前的阶段，CD段点迹不均匀，故CD应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选DE段计算碰后共同的速度。(2)v甲1.05m/s，v0.695m/sm甲v甲m乙v乙0.420kgm/s碰后m甲v甲m乙v乙(m甲m乙)v0.600.695kgm/s0.417kgm/s能力提升1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，滑块用绳子连接，绳子烧断后，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，A、B离开弹簧后，A滑块做_运动，其速度大小为_m/s，本实验中得到的结论是_。答案：匀速0.09碰撞前后滑块A、B的质量与速度乘积之和为不变量解析：碰撞前：vA0，vB0，所以有mAvAmBvB0碰撞后：vA0.09m/s，vB0.06m/s规定向右为正方向：mAvAmBvB0.2(0.09)0.30.060则由以上计算可知：mAvAmBvBmAvAmBvB。2“探究碰撞中的不变量”的实验中，入射小球m115 g，原来静止的被碰小球m210g，由实验测得它们在碰撞前后的xt图象如图，可知入射小球碰撞后的m1v1是_，入射小球碰撞前的m1v1是_，被碰撞后的m2v2是_。由此得出结论_。答案：0.0075kgm/s0.015 kgm/s00075 kgm/s碰撞中mv的矢量和是守恒量解析：碰撞前m1的速度大小v1m/s1m/s，故碰撞前的m1v10.015kg1m/s0.015kgm/s。碰撞后m1的速度大小v1m/s0.5m/s，m2的速度大小v2m/s0.75m/s，故m1v10.015kg0.5m/s0.0075kgm/s，m2v20.010.75kgm/s0.0075kgm/s，可知m1v1m1v1m2v2。3.某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的守恒量。(1)该同学还必须有的器材是_；(2)需直接测量的数据是_；(3)若mv为所探究的守恒量，需要验算的表达式如何表示？_。答案：(1)刻度尺天平(2)两物体的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离s1、s2(3)m1s1m2s24如图所示“为探究碰撞中的不变量”的实验装置示意图。(1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)的飞行时间相同，所以我们在实验中可以用_作为时间单位。(2)本实验中，实验必须要求的条件是()A斜槽轨道必须是光滑的B斜槽轨道末端点的切线是水平的C入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放D入射球与被碰球满足mamb，rarb(3)图中M、P、N分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是()AmaONmaOPmbOMBmaOPmaONmbOMCmaOPmaOMmbONDmaOMmaOPmbON答案：(1)平抛时间(2)B、C、D(3)C解析：(1)在此实验装置中两球的飞行时间相同，实验中可用平抛时间作为单位时间，从而变比较速度大小为比较水平位移的大小。(2)选B、C、D。此实验要求两小球平抛。所以应使斜槽末端点的切线是水平的，B对。要求碰撞时入射小球的速度不变，应使入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放即可，C对，A错。为使入射小球不返回且碰撞时为对心正碰，应使mamb且rarb，D对。(3)选C。实验中要验证mav1mav1mbv2，取平抛时间为单位时间，则变为mamamb，即maOPmaOMmbON。5用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量，本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10 Hz)，步骤方法如下：(1)用天平称出两滑块的质量。mA0.10kg，mB0.20kg，放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1cm，滑块可看做质点)；(2)碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a、b、c所示的照片；请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。答案：mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后mv之和保持不变。解析：由题图a、b可确定A的速度为vAm/s0.6m/s则mAvA0.10.6kgm/s0.06kgm/s从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需t2s2.5102s所以A与B碰后回到7.0cm位置，历时(0.12.5102)s7.5102s因此，求出vAm/s0.2m/svBm/s0.4m/s所以碰撞后：mAvAmBvB6102 kgm/s由以上计算可得：mAvAmBvBmAvAmBvB。