2020-2021學年高二物理人教版選修3-5課后作業(yè)：第十六章 第1節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量 Word版含解析

1、1(多選)在使用如圖所示的實驗裝置做“探究碰撞中的不變量”的實驗中，必須滿足的實驗條件是()a斜槽軌道必須是光滑的b斜槽軌道末端的切線必須水平c入射球每次都要從同一高度由靜止釋放d碰撞時，入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行答案bcd解析只有滿足選項b、d中條件時才能保證小球的運動為平拋運動，實現(xiàn)一維碰撞，避免斜碰，b、d正確。本實驗是通過平拋運動確定入射球碰前速度，斜槽軌道的光滑與否無影響，a錯誤。入射球每次從同一高度由靜止釋放，保證了入射球每次碰前速度相同，c正確。2(多選)若用打點計時器做“探究碰撞中的不變量”實驗，下列哪些說法是正確的()a相互作用的兩車上，一個裝上撞針，一個裝

2、上橡皮泥，是為了改變兩車的質量b相互作用的兩車上，一個裝上撞針，一個裝上橡皮泥，是為了碰撞后連在一起c先接通打點計時器電源，再釋放拖動紙帶的小車d先釋放拖動紙帶的小車，再接通打點計時器的電源答案bc解析一個裝上撞針，而另一個裝上橡皮泥，這樣做的目的，不是為了改變兩車的質量，a錯誤；而是為了碰撞后連在一起有共同速度，便于測量碰后的速度，b正確；打點計時器的使用原則是先接通電源再釋放拖動紙帶的小車，c正確，d錯誤。3某同學設計了一個用打點計時器做“探究碰撞中的不變量”的實驗：在小車a前端裝有橡皮泥，小車b前端裝有撞針，輕推一下小車a使之勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車b相碰并連成一體，繼續(xù)做勻

3、速運動。他設計的裝置如下圖所示，在小車a的后面連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50 hz。(1)木板的一端下邊墊著小木塊用來_。(2)在實驗中，需要的測量工具有_。a彈簧測力計 b毫米刻度尺c天平 d螺旋測微器(3)已測得小車a(包括橡皮泥)的質量為m10.310 kg，小車b(包括撞針)的質量為m20.205 kg，由以上測量可得：(結果保留三位有效數(shù)字)碰前兩車質量與速度乘積之和為_ kg·m/s；碰后兩車質量與速度乘積之和為_ kg·m/s。(4)結論：_。答案(1)平衡摩擦力(2)bc(3)0.6200.618(4)在實驗誤差允許的范圍內，兩小車的質量和速度的乘積

4、(mv)之和在碰撞中保持不變解析(1)木板的一端下邊墊著小木塊用來平衡摩擦力。(2)實驗中需要測量小車的質量和速度，所以需要天平，需要運用刻度尺測量點跡間的距離，從而計算出速度。所以b、c兩項是正確的。(3)碰撞前，小車a的速度v1 m/s2.0 m/s，碰撞后，系統(tǒng)的速度v2 m/s1.2 m/s，則碰撞前兩車質量與速度乘積之和p1m1v100.310×2.0 kg·m/s0.620 kg·m/s，碰撞后兩車質量與速度乘積之和p2(m1m2)v2(0.3100.205)×1.2 kg·m/s0.618 kg·m/s。(4)可以知道在

5、實驗誤差允許的范圍內，兩小車的質量和速度的乘積(mv)之和在碰撞中保持不變。4某班物理興趣小組選用如圖所示裝置來探究碰撞中的不變量。將一段不可伸長的輕質繩一端與力傳感器(可以實時記錄繩所受的拉力)相連固定在o點，另一端連接小鋼球a，把小鋼球拉至m處可使繩水平拉緊。在小鋼球最低點n右側放置有一水平氣墊導軌，氣墊導軌上放有小滑塊b(b上安裝寬度較小且質量不計的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計)。當?shù)氐闹亓铀俣葹間。某同學按如圖所示安裝氣墊導軌、滑塊b(調整滑塊b的位置使小鋼球自由下垂靜止在n點時與滑塊b接觸而無壓力)和光電門，調整好氣墊導軌高度，確保小鋼球a通過最低點時恰好與滑塊b發(fā)生一維碰撞

6、。讓小鋼球a從某位置釋放，擺到最低點n與滑塊b碰撞，碰撞后小鋼球a并沒有立即反向，碰撞時間極短。(1)為完成實驗，除了毫秒計讀數(shù)t、碰撞前瞬間繩的拉力f1、碰撞結束瞬間繩的拉力f2、滑塊b質量mb和遮光板寬度d外，還需要測量的物理量有_。a小鋼球a的質量mab繩長lc小鋼球從m到n運動的時間(2)滑塊b通過光電門時的瞬時速度vb_。(用題中已給的物理量符號來表示)(3)實驗中的不變量的表達式是：_。(用題中已給的物理量符號來表示)答案(1)ab(2)(3) mb解析滑塊b通過光電門時的瞬時速度vb，根據(jù)牛頓第二定律得，f1magma，f2magma，碰撞中mv不變，則mav1mav2mbvb整

7、理得mb，可以知道還需要測量小鋼球的質量ma，繩長l，所以a、b兩項是正確的。5某同學利用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量。圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，a、b兩擺球均很小，質量之比為12。當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時，小球剛好接觸。向右上方拉動b球使其擺線伸直并與豎直方向成45°角，然后將其由靜止釋放。結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角為30°。若本實驗允許的最大誤差為±4%，此實驗是否成功地驗證了碰撞前后兩小球的質量與速度的乘積之和保持不變。答案此實驗在規(guī)定的誤差范圍內驗證了碰撞前后兩球的質量與速度的乘積之和保持不變。解析設擺球a、b的質量分別為ma、

8、mb，擺長為l，b球的初始高度為h1，碰撞前b球的速度為vb。在不考慮擺線質量的情況下，根據(jù)題意及機械能守恒定律得h1l(1cos45°)mbvmbgh1設碰撞前、后兩擺球的質量與速度的乘積大小分別為p1、p2。有p1mbvb聯(lián)立式得p1mb同理可得p2(mamb)聯(lián)立式得 代入已知條件得1.014，由此可以推出<4%。所以，此實驗在規(guī)定的誤差范圍內驗證了碰撞前后兩球的質量與速度的乘積之和保持不變。6(1)在利用氣墊導軌探究碰撞中的不變量的實驗中，哪些因素可導致實驗誤差()a導軌安放不水平 b小車上擋光片傾斜c兩小車質量不相等 d兩小車碰后連在一起(2)“探究碰撞中的不變量”的

9、實驗采用以下兩種實驗方案：如圖甲所示為氣墊導軌，導軌上的兩滑塊質量相等，兩滑塊上的擋光片寬度相同?，F(xiàn)將氣墊導軌水平放置做“探究碰撞中的不變量”實驗。實驗中用滑塊甲撞擊靜止在導軌上的滑塊乙。第一次在兩滑塊碰撞端裝上彈簧片，第二次在兩滑塊碰撞端分別裝上橡皮泥和撞針。兩次實驗時滑塊甲碰前通過光電門計時裝置記錄的擋光片的擋光時間相等，碰后滑塊乙第一次和第二次通過光電門計時裝置記錄的擋光片擋光時間分別為t1、t2。通過實驗驗證了這兩次碰撞中的不變量，t1、t2的關系應為t1_(選填“>”“<”或“”)t2。若大小相等的入射小球和被碰小球的質量均已知，利用如圖乙所示的裝置和器材做“探究碰撞中的

10、不變量”的實驗，還需要的器材是_。答案(1)ab(2)<刻度尺解析(1)導軌不水平，小車速度將會受重力影響，a項正確；擋光板傾斜會導致?lián)豕馄瑢挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移，導致速度計算出現(xiàn)誤差，b項正確。(2)設滑塊甲、乙的質量均為m，擋光片的寬度為l，滑塊甲碰撞前擋光片通過光電門的時間為t，第一次碰撞因為有彈簧片，無機械能損失，設甲碰撞前后的速度分別為v0、v，碰后乙的速度為v1，則mvmv2mv，實驗驗證了不變量，則mv0mvmv1，解得v0，v1v0。則第一次碰撞前后，有mv0mv1，即mm；第二次碰撞前后，甲、乙粘在一起，有mv02mv2，即m2m，故t1<t2。用大小相

11、等的入射小球和被碰小球發(fā)生碰撞來“探究碰撞中的不變量”，難點是速度的測定，本裝置可以應用平拋運動規(guī)律來解決速度的測定，需要測定平拋運動的水平位移，即需要刻度尺。7(1) 如圖甲所示，質量為m1的入射球從斜槽某一高度由靜止?jié)L下，落到水平面上的p點。今在槽口末端放一與入射球半徑相同的質量為m2的被碰球，仍讓入射球從斜槽同一高度滾下，并與被碰球正碰后使兩球落地，入射球和被碰球的落地點分別是m、n。已知槽口末端在白紙上的投影位置為o點。則實驗必須滿足的條件是()a軌道末端的切線是水平的b斜槽軌道光滑cm1m2dm1<m2(2)用如圖乙所示的裝置進行以下實驗：a先測出滑塊a、b的質量m、m及滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)，查出當?shù)氐闹亓铀俣萭b用細線將滑塊a、b連接，使a、b間的彈簧壓縮，滑塊b緊靠在桌邊c剪斷細線，測出滑塊b做平拋運動落地點到重垂線的水平距離x1和滑塊a沿桌面滑行的距離x2為探究碰撞中的不變量，寫出還需測量的物理量及表示它們的字母：_。若mv為不變量，需驗證的關系式為_。答案(1)a(2)桌面離水平地面的高度hmmx10解析(1)軌道末端切線水平可以保證入射球做平拋運動，a正確；斜槽是否光滑對實驗幾乎無影響，但m1應大于m2