2016-2017学年高中物理 第16章 动量守恒定律 1 实验 探究碰撞中的不变量课时作业 新人教版选修3-5

第十六章 动量守恒定律 1 实验:探究碰撞中的不变量

一、A组(20分钟)

1.在气垫导轨上进行实验时首先应该做的是( ) A.给气垫导轨通气

B.给光电计时器进行归零处理 C.把滑块放到导轨上

D.检查挡光片通过光电门时是否能够挡光计时

解析:为保护气垫导轨,同时为了保证滑块与导轨间的摩擦力为零,实验时应该先给气垫导轨通气。选项A正确。 答案:A

2.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,用到的测量工具有( ) A.停表、天平、刻度尺 B.弹簧测力计、停表、天平 C.天平、刻度尺、光电计时器 D.停表、刻度尺、光电计时器

解析:用天平测滑块质量,用刻度尺测挡光片的宽度。运动时间是指挡光片通过光电门的时间,由光电计时器计时,因此不需要停表。 答案:C

3.在做探究碰撞中的不变量实验时,实验条件是( ) A.斜槽轨道必须是光滑的 B.斜槽轨道末端的切线是水平的

C.入射球每一次都要从同一高度由静止滚下

D.碰撞的瞬间,入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行

解析:探究碰撞中的不变量实验,要求入射小球每次到槽口时,具有相同的速度,所以应从槽上同一位置滚下,但斜槽不需要光滑,选项A错误,选项C正确;由于碰撞前、后要求小球均做平抛运动,且抛物线在同一平面,选项B、D正确。只有满足实验所必需的条件,所做实验才能达到预期目的。 答案:BCD

4.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( ) 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

解析:导轨不水平,小车速度将会受重力影响,选项A正确;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,选项B正确;本实验要求两小车碰后连在一起,不要求两小车质量相等。 答案:AB

5.某同学把两块大小不同的木块用细线连接,中间夹一被压缩的弹簧,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,验证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)需要直接测量的数据是 、

。

(3)用所得数据验证守恒量的关系式为 。

解析:两物体弹开后各自做平抛运动,根据平抛运动知识可知两物体在空中运动的时间相等。所需验证的表达式为m1v1=m2v2,两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。

答案:(1)刻度尺 天平 (2)两物体的质量m1、m2 两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离

s1、s2 (3)m1s1=m2s2

6.导学号97280002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Δt1=0.32 s,Δt2=0.21 s,则两滑块的速度分别为v1'= m/s,v2'= m/s。烧断细线前

m1v1+m2v2= kg·m/s,烧断细线后m1v1'+m2v2'= kg·m/s。可得到的结论是 。

解析:取向左方向为正,两滑块速度

v1'= m/s≈0.094 m/s, v2'= m/s≈-0.143 m/s。

烧断细线前m1v1+m2v2=0

烧断细线后m1v1'+m2v2'=(0.170×0.094-0.110×0.143) kg·m/s=2.5×10 kg·m/s,在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。

答案:0.094 0.143 0 2.5×10 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 7.

-4

-4

在“探究碰撞中的不变量”的实验中,如图所示,若绳长为L,球A、B分别由偏角α和β静止释放,则在最低点碰撞前的速度大小分别为 、 。若碰撞后向同一方向运动最大偏角分别为α'和β',则碰撞后两球的瞬时速度大小分别为 、 。

解析:小球从静止释放运动到最低点的过程中,机械能守恒,对于球A有mAgL(1-cos α)=,所以vA=,同理可得vB=。碰后小球A的速度为vA'=,小球B的速度为vB'=。 答案:

8.某同学设计了一个用打点计时器研究“探究碰撞中的不变量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示。

甲

乙

(1)长木板右端下面垫放一小木片的原因是 。

(2)若已获得的打点纸带如图乙所示,A为运动的起点,各计数点间距分别记为AB、BC、CD和DE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为

。

解析:(1)长木板右端下面垫放一小木片,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速运动。

(2)从题图中可以看出,B到C之间和D到E之间打点均匀,所以可以用BC代表小车碰前的速度,用

DE代表小车碰后的速度,应有mA·BC=(mA+mB)·DE。

答案:(1)平衡摩擦力 (2)mA·BC=(mA+mB)·DE

二、B组(20分钟)

1.导学号97280003“探究碰撞中的不变量”的实验中,入射小球m1=15 g,原来静止的被碰小球

m2=10 g。由实验测得它们在碰撞前后的x-t图象如图所示,由图可知,入射小球碰撞前的m1v1

是 ,入射小球碰撞后的m1v1'是是 。由此得出结论 。

,被碰小球碰撞后的m2v2'

解析:由题图可知碰撞前m1的速度大小

v1= m/s=1 m/s,

故碰撞前

m1v1=0.015×1 kg·m/s=0.015 kg·m/s。

碰撞后m1速度大小

v1'= m/s=0.5 m/s, m2的速度大小 v2'= m/s=0.75 m/s。

故m1v1'=0.015×0.5 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s,

m2v2'=0.01×0.75 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s,

可知m1v1=m1v1'+m2v2'。

答案:0.015 kg·m/s 0.007 5 kg·m/s 0.007 5 kg·m/s 碰撞中mv的矢量和是不变量 2.

如图所示的装置中,质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,质量为mB的钢球B放在离地面高度为h的小支柱N上。O点到A球球心的距离为l。使悬线在A球释放前伸直,且线与竖直线的夹角为α,A球释放后摆动到最低点时恰与B球相碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直线的夹角为β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α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x应是B球初始位置到 的水平距离。

(2)为了探究碰撞中的不变量,应测得 等物理量(用字母表示)。 (3)用测得的物理量表

示:mAvA= ;mAvA'= ;mBvB'= 。

解析:小球A在碰撞前后摆动,满足机械能守恒。小球B在碰撞后做平抛运动,则x应为B球的平均落点到初始位置的水平距离。要得到碰撞前后的mv,要测量mA、mB、α、β、l、h、x等,对A,由机械能守恒得

mAgl(1-cos α)=mA,