高中物理選修3-5人教版課時素養(yǎng)提升16-1實驗探究碰撞中的不變量

課時素養(yǎng)提升一實驗：探究碰撞中的不變量(25分鐘50分)1.(8分)用圖示裝置研究碰撞中的不變量，氣墊導(dǎo)軌水平放置，擋光板寬度為9.0mm，兩滑塊被彈簧彈開后，左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器0.040s，右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器，記錄時間為0.060s，左側(cè)滑塊質(zhì)量為100g，左側(cè)滑塊m1v1大小為_____g·m/s，右側(cè)滑塊質(zhì)量為149g，兩滑塊質(zhì)量與速度乘積的矢量和m1v1+m2v2=_______g【解析】左側(cè)滑塊的速度為：v1=QUOTE=QUOTE=0.225m/s，則左側(cè)滑塊m1v1=100g×0.225m/s=22.5g·m/s；右側(cè)滑塊的速度為：v2=QUOTE=QUOTEm/s=0.15m/s，則右側(cè)滑塊m2v2=149g×(-0.15m/s)≈-22.4g·可見在誤差允許的范圍內(nèi)兩滑塊m1v1+m2v2=0。答案：22.502.(12分)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.用重垂線的目的是確定長木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；若入射小球的質(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長木板飛出，入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量，選項A正確；為了保證兩球發(fā)生正碰，入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同，選項B正確；長木板可以不光滑，只要保證每次彈簧的壓縮量相同，每次入射小球與被碰小球碰撞前的速度便會相同，選項C錯誤；用重垂線的目的是確定長木板的右端在地面的投影位置，以便準(zhǔn)確測量出小球平拋運動的水平位移，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，以減小實驗誤差，選項E錯誤。(2)入射小球前、后兩次的落地點位置分別為原理圖中的Q、P兩點，由于平拋運動的時間相同，速度與水平位移成正比，實驗需要驗證的表達(dá)式為m1·OQ=m1·OP+m2·OR。答案：(1)A、B、D(2)Q、Pm1·OQ=m1·OP+m2·OR3.(15分)有甲、乙兩輛小車，質(zhì)量分別為m1=302g，m2=202g，甲小車拖有紙帶，通過打點計時器記錄它的運動情況，乙小車靜止在水平桌面上，甲小車以一定的速度向乙小車運動，跟乙小車發(fā)生碰撞后粘合在一起共同運動。這個過程中打點計時器在紙帶上記錄的點跡如圖所示，在圖上還標(biāo)出了用刻度尺量出的各點的數(shù)據(jù)，已知打點計時器的打點頻率為(1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出：兩車碰撞過程經(jīng)歷的時間大約為_______s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(2)碰撞前甲車的質(zhì)量與速度的乘積大小為_________kg·m/s，碰后兩車的質(zhì)量與速度的乘積為_________kg·m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)兩車碰撞過程中，兩車的質(zhì)量與速度的乘積如何變化？【解析】從紙帶上0點開始每0.02s內(nèi)甲車位移分別為13.2mm、13.5mm、13.5mm、12.6mm、11.7mm、10.8mm、9.9mm、9mm、8.1mm、8mm、8mm。(1)從以上數(shù)據(jù)可知從第3個點到第8個點是碰撞過程，則t=5×0.02s=0.10s，該段時間內(nèi)甲車做減速運動。(2)甲車與乙車碰前速度v1=QUOTE×10-3m/s=0.670m/s，碰前甲車質(zhì)量與速度的乘積m1v1=0.302kg×0.670m/s=0.202kg·m/s；碰后兩車的速度v′2=v′1=v′=QUOTE×10-3m/s=0.402m/s，碰后兩車的質(zhì)量與速度的乘積(m1+m2)v′=(0.302+0.202)×0.402kg·m/s=0.203kg·m/s。(3)在誤差范圍內(nèi)，兩車的質(zhì)量與速度的乘積保持不變，即m1v1=(m1+m2)v′。答案：(1)0.10(2)0.2020.203(3)見解析4.(15分)利用氣墊導(dǎo)軌通過閃光照相進行“探究碰撞中的不變量”的實驗。(1)實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失最小和最大等各種情況，若要求碰撞時動能損失最大應(yīng)選圖中的_______(選填“甲”或“乙”)，若要求碰撞時動能損失最小則應(yīng)選圖中的_______(選填“甲”或“乙”)。(甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥)

(2)某次實驗時碰撞前滑塊B靜止，滑塊A勻速向滑塊B運動并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖丙所示。已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T，在這4次閃光的過程中，兩滑塊A、B均在0～80cm范圍內(nèi)，且第1次閃光時，滑塊A恰好位于x=10cm處。若兩滑塊A、B的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的_______時刻，兩滑塊A、B質(zhì)量比mA∶mB【解析】(1)若要求碰撞時動能損失最大，則需兩滑塊碰撞后粘合在一起，故應(yīng)選圖中的乙；若要求碰撞時動能損失最小，則應(yīng)使兩滑塊發(fā)生彈性碰撞，即選圖中的甲。(2)由題圖丙可知，第1次閃光時，滑塊A恰好位于x=10cm處，第二次A在x=30cm處，第三次A在x=50cm處，碰撞在x=60cm處。從第三次閃光到碰撞的時間為QUOTE，則可