高中物理 模塊六 動量與動量守恒定律 考點(diǎn)4 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞的不變量試題

1、考點(diǎn)4 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞的不變量1.實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v，算出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前后動量是否相等.2.實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個)、天平、直尺、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)等.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?(2)按照實(shí)驗(yàn)原理圖甲安裝實(shí)驗(yàn)裝置.調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好.記下重垂線所指的位置O.(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次.用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點(diǎn)都圈在里面.圓心P就是小球

2、落點(diǎn)的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次.用步驟(4)的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N.如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示.(6)連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度.將測量數(shù)據(jù)填入表中.最后代入m1m1m2，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立.(7)整理好實(shí)驗(yàn)器材放回原處.(8)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動量守恒.4.數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證表達(dá)式：m1m1m25.注意事項(xiàng)(1)斜槽末端的切線必須水平；(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；(3)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；(4)實(shí)驗(yàn)過程中

3、實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.1. 如圖所示為氣墊導(dǎo)軌上兩個滑塊A、B相互作用后運(yùn)動過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10Hz，開始時(shí)兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕彈簧，滑塊用繩子連接，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運(yùn)動已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為200g、300g，根據(jù)照片記錄的信息，A、B離開彈簧后，A滑塊做_運(yùn)動，其速度大小為_m/s，本實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論是_.【答案】勻速直線0.09碰撞前后滑塊A、B的質(zhì)量與其速度乘積之和為不變量2. 某同學(xué)用如圖所示的裝置做驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn).先將a球從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次；

4、再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末水平段的最右端上，讓a球仍從固定點(diǎn)由靜止開始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次.(1) 本實(shí)驗(yàn)必須測量的物理量有_.A. 斜槽軌道末端距水平地面的高度HB. 小球a、b的質(zhì)量ma、mbC. 小球a、b的半徑rD. 小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時(shí)間tE. 記錄紙上O點(diǎn)到A、B、C各點(diǎn)的距離、F. a球的固定釋放點(diǎn)到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h(2) 放上被碰小球b，兩球(mamb)相碰后，小球a、b的落地點(diǎn)依次是圖中水平面上的_點(diǎn)和_點(diǎn).(3) 某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，測量了過程中的各個物理量，利用上述數(shù)據(jù)驗(yàn)證碰撞中的動量守恒，

5、那么判斷的依據(jù)是看_和_在誤差允許范圍內(nèi)是否相等.【答案】(1)BE(2)AC(3)3. (多選)如圖在利用懸線懸掛等大小球進(jìn)行驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(ABD)A. 懸掛兩球的線長度要適當(dāng)，且等長B. 由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度C. 兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同D. 兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動4. 氣墊導(dǎo)軌是一種常用的實(shí)驗(yàn)儀器.它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗(yàn)證動量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示(彈簧的長度忽略不計(jì))，實(shí)驗(yàn)步驟如下

6、：a. 用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mBb. 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平c. 在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，由電動卡鎖鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上d. 用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1e. 按下電鈕放開卡鎖，同時(shí)使分別記錄滑塊A、B運(yùn)動時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作.當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動時(shí)間t1和t2(2) 實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量是_.(3) 利用上述測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動量守恒定律的表達(dá)式是_，上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是_(寫出一條即可).【答案】(1)B的右端至D板的距離L2(2)測量時(shí)間、距離

7、等存在誤差(或氣墊導(dǎo)軌不水平，合理即正確)5. 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運(yùn)動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動.他設(shè)計(jì)的裝置如圖5甲所示.在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz，長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力.(1) 若已測得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上).A為運(yùn)動的起點(diǎn)，則應(yīng)選_段來計(jì)算A碰前的速度.應(yīng)選_段來計(jì)算A和B碰后的共同速度(以上兩空選填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”).(2) 已測得小車A的質(zhì)量m10.4 kg，小車B

8、的質(zhì)量為m20.2 kg，則碰前兩小車的總動量為_ kgm/s，碰后兩小車的總動量為_ kgm/s.【答案】(1)BCDE(2)0.4200.4176. 如圖是用來驗(yàn)證動量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱.實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高.將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時(shí)把球2放在立柱上.釋放球1，當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球2落到水平地面上的C點(diǎn).測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動量守恒.現(xiàn)已測出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a、B點(diǎn)離水平桌面的距離為b、C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距

9、離為c.此外：(1) 還需要測量的量是_、_和_.(2) 根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)中動量守恒的表達(dá)式為_.(忽略小球的大小)【答案】(1)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2立柱高h(yuǎn)桌面離水平地面的高度H(2) 7. 用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，離地面高度為H，O點(diǎn)到A球球心距離為L，使懸線在A球靜止釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為，A球釋放后擺到最低點(diǎn)時(shí)恰好與B球正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D，保持角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，白紙上記錄到多個B球的

10、落地點(diǎn)(1) 圖中s應(yīng)是B球初始位置到_的水平距離(2) 實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有哪些？_(3) 實(shí)驗(yàn)中不變量遵循的關(guān)系式是怎樣的？_【答案】(1)落地點(diǎn)(2)L、H、s、mA、mB(4) mAmAmBs8. 在驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用如圖7所示的裝置進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)操作： 先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙，并將該木板豎直立于槽口處.使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡O； 將木板向遠(yuǎn)離槽口平移一段距離，再使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板上得到痕跡B； 然后把半徑相同的小球b靜止放在斜槽水平末端，小球a仍從原

11、來擋板處由靜止釋放，與小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C； 用天平測量a、b的質(zhì)量分別為ma、mb，用刻度尺測量紙上O點(diǎn)到A、B、C三點(diǎn)的豎直距離分別為y1、y2、y3.(1)小球a與小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C，其中小球a撞在木板上的_點(diǎn)(填“A”或“C”)；(2)用本實(shí)驗(yàn)中所測量的量來驗(yàn)證兩球碰撞過程動量守恒，其表達(dá)式為_(僅用ma、mb、y1、y2、y3表示).【答案】(1)C(2)9. 某同學(xué)用圖甲所示裝置結(jié)合頻閃照片來探究碰撞中的不變量經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)猜想碰撞前后物體的質(zhì)量和速度的乘積之和是不變的步驟1：用天平測出A、B兩個小球的質(zhì)量mA和mB，并且保證mA

12、mB；步驟2：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽的末端所在的平面保持水平；步驟3：先不在斜槽的末端放小球B，讓小球A從斜槽上某位置P由靜止開始釋放，小球離開斜槽后，用頻閃照相記錄下小球A兩個時(shí)刻的位置(如圖乙所示)；步驟4：將小球B放在斜槽的末端，讓小球A從位置P處由靜止開始釋放，使它們碰撞，用頻閃照相記錄下兩個小球在兩個時(shí)刻的位置(如圖丙所示)；步驟5：直接測量需要的物理量，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證自己的猜想請回答：(1) 在步驟5中，該同學(xué)需要在照片中直接測量的物理量有_；(選填“x0、y0、xA、yA、xB、yB”)(2) 用實(shí)驗(yàn)中測量的物理量來表示該同學(xué)的猜想結(jié)果：_10. 【答案】(1)x0、x

13、A、xB(2)mAx0mAxAmBxB11. 某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖4所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成(1) 下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： 安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣； 接通光電計(jì)時(shí)器； 把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間； 滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門2后依次被制動； 讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時(shí)間分別為：滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間t110.01ms，通過光電

14、門2的擋光時(shí)間t249.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間t38.35ms； 測出擋光片的寬度d5mm，測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為m1300g，滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2200g；(2) 數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A_；B_.碰撞前滑塊1的速度v1為_m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為_ m/s；滑塊2的速度v3為_m/s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)在誤差允許的范圍內(nèi)，通過本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以探究出哪些物理量是不變的？通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析說明理由(至少回答2個不變量)a_；b _.【答案】(2)A.大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差B保證兩個滑塊的碰撞是一維

15、的0.500.100.60a.系統(tǒng)質(zhì)量與速度的乘積之和不變b.系統(tǒng)質(zhì)量與速度的乘積之和不變c.系統(tǒng)碰撞前后質(zhì)量不變12. 某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖5甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖乙所示，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差(1) 下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： 安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣； 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時(shí)，紙帶始終在水平方向； 使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的彈射裝置； 把滑塊2(所用滑塊1、2如圖丙所示)放在氣墊導(dǎo)軌的中間； 先_，然后_，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動； 取下紙帶，重復(fù)步驟