2020-2021高中物理3-5課堂演練：第十六章1實驗：探究碰撞中的不變量含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年高中物理人教版選修3-5課堂演練：第十六章1實驗：探究碰撞中的不變量含解析第十六章動量守恒定律1實驗：探究碰撞中的不變量1．如圖甲所示，在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車，甲車上系有一穿過打點計時器的紙帶，當(dāng)甲車獲得水平向右的速度時，隨即啟動打點計時器,甲車運動一段距離后，與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運動，紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車的運動情況，如圖乙所示,電源頻率為50Hz,則碰撞前甲車速度大小為________m/s,碰撞后的共同速度大小為________m/s。已測得甲小車的質(zhì)量m1＝0。20kg,乙小車的質(zhì)量m2＝0.10kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前總動量為________kg·m/s；碰后總動量為__________kg·m/s.圖甲圖乙解析:碰撞前Δx＝1。2cm，碰撞后Δx′＝0.8cm,T＝0.02s，由v＝eq\f(x，t）得碰前v甲＝eq\f(Δx，Δt)＝0.6m/s;碰后v＝eq\f（Δx′，Δt）＝0。4m/s.碰前總動量p1＝m1v1＝0。2×0.6kg·m/s＝0。12kg·m/s碰后的總動量：p2＝(m1＋m2)v2＝0.3×0。4kg·m/s＝0.12kg·m/s。答案:0.60.40。120。122．驗證動量守恒定律裝置如圖所示．在氣墊導(dǎo)軌上給滑塊A向右的速度，通過光電門1后與靜止的滑塊B相碰并粘合在一起通過光電門2。計時器顯示滑塊A、B通過光電門1和2的時間分別為Δt1和Δt2，測得滑塊A、B的質(zhì)量分別為m1、m2，A、B滑塊上的遮光片寬度分別為d1、d2,碰撞過程中，滑塊A對B的沖量大小________(選填“>"“〈”或“＝”）滑塊B對A的沖量大小，碰撞過程中驗證動量守恒定律的表達(dá)式為____________________(用題中所給的字母表示）．解析：(1)滑塊A對B的作用力與B對A的作用力等大反向，所以滑塊A對B的沖量大小等于滑塊B對A的沖量大?。?）根據(jù)動量守恒定律可知：m1v1＝（m1＋m2)v2，根據(jù)速度公式可知：v1＝eq\f(d1，Δt1），v2＝eq\f（d2，Δt2），代入上式得:m1eq\f(d1，Δt1）＝（m1＋m2）eq\f（d2，Δt2)。答案：＝m1eq\f(d1，Δt1)＝（m1＋m2）eq\f（d2,Δt2）3．如圖所示為氣墊導(dǎo)軌上兩個滑塊A、B相互作用后運動過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10Hz。開始時兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕彈簧，滑塊用細(xì)繩連接,細(xì)繩燒斷后，兩個滑塊向相反方向運動．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,細(xì)繩燒斷后,A滑塊做________運動，其速度大小為________m/s，本實驗得出的結(jié)論是___________________________．解析：由題圖可知，細(xì)繩燒斷后A、B均做勻速直線運動，開始時：vA＝0，vB＝0，A、B被彈開后，v′A＝0。09m/s，v′B＝0。06m/s，mAv′A＝0。2×0。09kg·m/s＝0。018kg·m/s，mBv′B＝0.3×0。06kg·m/s＝0.018kg·m/s，由此可得：mAv′A＝mBv′B，即0＝mBv′B－mAv′A.結(jié)論：兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用前后質(zhì)量與速度乘積的矢量和守恒．答案:勻速直線0。09兩滑塊組成的系統(tǒng)在相互作用前后質(zhì)量與速度乘積的矢量和守恒4.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，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，離地面高度為H，O點到A球球心距離為L，使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α.A球釋放后擺到最低點時恰好與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β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D，保持α角度不變．多次重復(fù)上述實驗,白紙上記錄到多個B球的落點．（1）圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離．（2)實驗中需要測量的物理量有哪些?(3)實驗中不變量遵循的關(guān)系式是怎樣的?解析：由機械能守恒定律可知：mAgL（1－cosα）＝eq\f（1，2)mAveq\o\al（2,A)，則A球向下擺到與B球相碰前的速度為vA＝eq\r(2gL（1－cosα）），碰后A球的速度v′A＝eq\r(2gL（1－cosβ）)，碰后B球做平拋運動,v′B＝eq\f(s,t)＝eq\f（s,\r(\f（2H，g)）)＝seq\r（\f（g,2H））.在碰撞中物體質(zhì)量與速度的乘積之和不變，則mAvA＝mAv′A＋mBv′B。故有mAeq\r（2gL（1－cosα））＝mAeq\r(2gL（1－cosβ）)＋mBseq\r（\f（g，2H)).答案：(1)落地點(2）L、α、β、H、s、mA、mB（3)mAeq\r(2gL(1－cosα））＝mAeq\r(2gL(1－cosβ))＋mBseq\r（\f（g，2H))5．如圖所示為某同學(xué)設(shè)計的一種探究動量守恒定律的實驗裝置和原理圖．長木板固定在水平桌面上，一端伸出桌面，另一端裝有豎直擋板，輕彈簧的一端固定在豎直擋板上，另一端被入射小球從自然長度位置A點壓縮至B點，釋放小球,小球沿木板從右端水平拋出,落在水平地面上的記錄紙上，重復(fù)10次，確定小球的落點位置；再把被碰小球放在木板的右邊緣處，重復(fù)上述實驗10次，在記錄紙上分別確定入射小球和被碰小球的落點位置．(1）關(guān)于實驗的要點，下列說法正確的是________．A．入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量B．入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同C．長木板必須盡可能地光滑D．用重錘線的目的是為了確定板的右端在地面的投影位置E．實驗重復(fù)10次，是為了從小球的落地點中找出一個最清晰的點作為最終落地點（2）入射小球前后兩次的落地位置分別為原理圖中的________兩點；若入射球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則實驗需要驗證的表達(dá)式為_____________________________________________(用圖中字母表示）．解析：(1)為了保證碰撞后兩球都能從槽口飛出,入射小球的質(zhì)量應(yīng)該大于被碰小球的質(zhì)量，選項A正確;為保證兩球發(fā)生正碰，兩球的半徑必須相同，選項B正確；長木板不需要光滑，只要保持每次彈簧的壓縮量相同，每次入射球與被碰球碰前的速度相同，選項C錯誤；用重錘線的目的是為了確定板的右端在地面的投影的位置，以便準(zhǔn)確測出小球平拋的水平位移,選項D正確；實驗重復(fù)10次，是為了從小球的落地點中找出小球落地點的中心位置，減小實驗的誤差，選項E錯誤．(2)入射小球前后兩次的落地點位置分別為圖中的Q、P兩點；兩球碰撞后做平拋運動,它們拋出點的高度相等，在空中的運動時間t相等,碰撞過程動量守恒，則有：m1v2＝m1v1＋m2v3兩邊乘以t,即為：m1·OQ＝m1