2020-2021學年人教版高中物理選修3-5同步訓練實驗 探究碰撞中的不變量【含答案】

1、1實驗：探究碰撞中的不變量一、單選題1關于“探究碰撞中的不變量”實驗，下列說法不正確的是（ ）A實驗要求碰撞一般為一維碰撞B實驗中的不變量是系統(tǒng)中物體各自的質(zhì)量與速度的乘積之和C只需找到一種情境的不變量即可，結(jié)論對其他情境也同樣適用D進行有限次實驗找到的不變量，具有偶然性，結(jié)論還需要實踐檢驗2如圖所示為“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置示意圖.在本實驗中，實驗必須要求的條件是（ ）A斜槽軌道應盡可能光滑B斜槽軌道末端的切線水平C入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速度釋放D入射小球與被碰小球滿足，3完成題目中的實驗后，實驗小組對上述裝置進行了如圖所示的改變.a.在木板表面先后釘上白紙和復印紙，并

2、將木板豎直立于靠近槽口處，使小球A從斜槽軌道上某固定點C由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；b.將木板向右平移適當?shù)木嚯x固定，再使小球A從原固定點C由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡P；c.把半徑相同的小球B靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球A仍從原固定點C由靜止釋放，與小球B相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡M和N；d.用刻度尺測量紙上O點到M、P、N三點的距離分別為、，請你寫出用直接測量的物理量來驗證兩球碰撞過程中系統(tǒng)的質(zhì)量和速度的乘積不變的表達式：_.（小球A、B的質(zhì)量分別為、）4某同學設計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動

3、，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)做勻速運動。他設計的裝置如圖甲所示，在小車后連著紙帶，電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片以平衡摩擦力。(1)若已測得打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點的間距（已標在圖上）。A為運動的起點，則應選_段來計算A碰前的速度，應選_來計算A和B碰后的共同速度（以上兩空選填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”）。(2)小車A質(zhì)量m1=0.4kg，小車B質(zhì)量m2=0.2kg，碰后兩小車的總動量為_kgm/s。5在“驗證動量守恒定律”的實驗中。實驗裝置及實驗中小球運動軌跡及平均落點的情況如圖所示，回答下列問題：(1)本實驗需要測量的

4、物理量是 _（填選項前的字母）。A小球的質(zhì)量ma、mbB小球離開斜槽后飛行的時間ta、tbC小球離開斜槽后飛行的水平射程xA、xB、xCD槽口到水平地面的豎直高度H(2)實驗中重復多次讓小球a從斜槽上的同一位置釋放，其中“同一位置釋放”的目的是_。(3)放置被碰小球b前后，小球a的落點位置為分別為圖中的_和_。6某實驗小組在進行“探究碰撞中的不變量”的實驗入射小球與被碰小球半徑相同.（1）實驗裝置如圖甲所示先不放B小球，使A小球從斜槽上某一固定點C（圖中未畫出）由靜止?jié)L下，落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡，再把B小球靜置于水平槽前端邊緣處，讓A小球仍從C處由靜止?jié)L下，A小球和B小球碰撞后分別

5、落在記錄紙上留下各自落點的痕跡.如圖乙所示，記錄紙上的O點是重錘所指的位置，M、P、N分別為落點的痕跡.未放B小球時，A小球落地點是記錄紙上的_點. 甲 乙（2）實驗中可以將表達式轉(zhuǎn)化為來進行驗證，其中、為小球做平拋運動的水平位移，可以進行這種轉(zhuǎn)化的依據(jù)是_.（請你選擇一個最合適的答案）A小球飛出后的加速度相同B小球飛出后，水平方向的速度相同C小球在空中水平方向都做勻速直線運動，水平位移與時間成正比D小球在空中水平方向都做勻速直線運動，又因為從同高度平拋運動時間相同所以水平位移與初速度成正比。7如圖（a）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，當甲車獲得水

6、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（b）所示，電源頻率為50Hz，則碰撞前甲車速度大小為_，碰撞后的共同速度大小為_. 8用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量，氣墊導軌水平放置，擋光板寬度為9.0 mm，兩滑塊被彈簧(圖中未畫出)彈開后，左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器，記錄時間為0.040 s，右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器，記錄時間為0.060 s，左側(cè)滑塊質(zhì)量為100 g，左側(cè)滑塊的m1v1_gm/s，右側(cè)滑塊質(zhì)量為150 g，兩滑塊質(zhì)量與速度的乘積的矢量和m1v1m2v2_gm/s.9用如圖所示

7、裝置來探究碰撞中的不變量.質(zhì)量為的鋼球A用細線懸掛于O點，質(zhì)量為的鋼球B放在離地面高為H的小支柱上，O點到小球A球心的距離為L，小球釋放前懸線伸直且懸線與豎直方向的夾角為.小球A釋放后到最低點與B發(fā)生正碰，碰撞后B做平拋運動，小球A把輕桿指針OC推移到與豎直方向成夾角的位置，在地面上鋪一張帶有復寫紙的白紙D.保持夾角不變，多次重復，在白紙上記錄了多個B球的落地點（、為已知量，其余物理為未知量）（1）圖中的x應該是B球所處位置到_的水平距離.（2）為了驗證兩球碰撞過程中的不變量，需要測_等物理量.（3）用測得的物理量表示碰撞前后A球和碰撞前后B球的質(zhì)量與速度的乘積依次為_、_、_、_.10氣墊導

8、軌(如圖甲)工作時，空氣從導軌表面的小孔噴出，在導軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導軌表面直接接觸，減小了滑塊運動時的阻力為了驗證動量守恒定律，在水平氣墊導軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所用電源的頻率均為b.氣墊導軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動圖乙為某次實驗打出的、點跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為_、_

9、，兩滑塊的總動量大小為_；碰撞后兩滑塊的總動量大小為_重復上述實驗，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證11完成例6中的實驗后，某實驗小組對上述裝置進行了改造，如圖所示，在水平槽末端與水平地面間放置了一個斜面，斜面的上端與水平槽等高且無縫連接，剛開始不放小球B，使小球A從斜槽上某固定點C由靜止?jié)L下，然后在水平槽末端放上小球B，使小球A仍從C點由靜止?jié)L下，得到兩球落在斜面上的平均落點M、P、N.用刻度尺測得斜面上端到M、P、N三點的距離分別為、，則驗證兩球碰撞過程中系統(tǒng)的質(zhì)量和速度的乘積不變的表達式為_（用所測物理量的字母表示，小球A、B質(zhì)量分別為

10、、）.12某同學采用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量把兩個小球用等長的細線懸掛于同一點，讓B球靜止，拉起A球，由靜止釋放后使它們相碰，碰后粘在一起實驗過程中除了要測量A球被拉起的角度和兩球碰撞后擺起的最大角度之外，還需測量_（寫出物理量的名稱和符號）才能進行驗證，用測量的物理量表示碰撞中的不變量的關系式是_.13現(xiàn)利用圖甲中所示的裝置探究碰撞中的不變量。在圖甲中，小車A的前端粘有橡皮泥，后端連著紙帶，啟動打點計時器，給小車A一初速度，之后A與原來靜止在前方的小車B相碰并粘在一起運動。實驗測得小車A（含橡皮泥）的質(zhì)量，小車B的質(zhì)量，打點計時器所用交流電的頻率，碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示（單位：

11、cm） （1）關于實驗過程中的注意事項，下列說法正確的是_。A長木板下墊著的薄木片是用來平衡摩擦力的B小車A和小車B的車輪應該由同種材料制成C應選用質(zhì)量差不多大的兩個小車（2）碰前兩小車的總動量為_kg，碰后兩小車的總動量為_ kg（保留三位有效數(shù)字）。1實驗：探究碰撞中的不變量一、單選題1關于“探究碰撞中的不變量”實驗，下列說法不正確的是（ ）A實驗要求碰撞一般為一維碰撞B實驗中的不變量是系統(tǒng)中物體各自的質(zhì)量與速度的乘積之和C只需找到一種情境的不變量即可，結(jié)論對其他情境也同樣適用D進行有限次實驗找到的不變量，具有偶然性，結(jié)論還需要實踐檢驗C【詳解】A.這個實驗是在一維碰撞情況下設計的，其他非

12、一維碰撞情況未做探究，選項A正確；B.系統(tǒng)中物體各自的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前后為不變量，選項B正確；C.不變量應是在各種情境下都不變的量，具有普遍性，在一種情境下滿足的不變量，對其他情境不一定適用，C錯誤；D.進行有限次實驗找到的不變量，具有偶然性，結(jié)論還需要在其他情境下進行檢驗，D正確,故選C.2如圖所示為“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置示意圖.在本實驗中，實驗必須要求的條件是（ ）A斜槽軌道應盡可能光滑B斜槽軌道末端的切線水平C入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速度釋放D入射小球與被碰小球滿足，BCD【詳解】AC.要求碰撞時入射小球的速度不變，應使入射小球每次都從斜槽上的同一位置無

13、初速度釋放，對斜槽軌道光滑程度沒有要求，選項A錯誤，C正確；B.此實驗要求兩小球平拋，所以應使斜槽末端的切線水平，選項B正確；D.為使入射小球能落到地小球不返回，且碰撞時為對心正碰，應使，且，選項D正確.故選BCD。3完成題目中的實驗后，實驗小組對上述裝置進行了如圖所示的改變.a.在木板表面先后釘上白紙和復印紙，并將木板豎直立于靠近槽口處，使小球A從斜槽軌道上某固定點C由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；b.將木板向右平移適當?shù)木嚯x固定，再使小球A從原固定點C由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡P；c.把半徑相同的小球B靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球A仍從原固定點C由靜止釋放，與小球B

14、相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡M和N；d.用刻度尺測量紙上O點到M、P、N三點的距離分別為、，請你寫出用直接測量的物理量來驗證兩球碰撞過程中系統(tǒng)的質(zhì)量和速度的乘積不變的表達式：_.（小球A、B的質(zhì)量分別為、）【詳解】小球離開軌道后做平拋運動，設木板與拋出點之間的距離為x，由平拋運動規(guī)律得水平方向有豎直方向有解得放小球B之前，小球A落在圖中的P點，設A的水平初速度為，小球A和B發(fā)生碰撞后，球A的落點在圖中的N點，設其水平初速度為，球B的落點是圖中的M點，設其水平初速度為，小球碰撞的過程中若即則4某同學設計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速

15、運動，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)做勻速運動。他設計的裝置如圖甲所示，在小車后連著紙帶，電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片以平衡摩擦力。(1)若已測得打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點的間距（已標在圖上）。A為運動的起點，則應選_段來計算A碰前的速度，應選_來計算A和B碰后的共同速度（以上兩空選填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”）。(2)小車A質(zhì)量m1=0.4kg，小車B質(zhì)量m2=0.2kg，碰后兩小車的總動量為_kgm/s。BC DE 0.417 【詳解】(1)小車A碰前運動穩(wěn)定時做勻速直線運動，所以選擇BC段計算A碰前的速度。兩小車碰后連在

16、一起仍做勻速直線運動，所以選擇DE段計算A和B碰后的共同速度。(2)碰后兩小車的速度為則碰后兩小車的總動量為5在“驗證動量守恒定律”的實驗中。實驗裝置及實驗中小球運動軌跡及平均落點的情況如圖所示，回答下列問題：(1)本實驗需要測量的物理量是 _（填選項前的字母）。A小球的質(zhì)量ma、mbB小球離開斜槽后飛行的時間ta、tbC小球離開斜槽后飛行的水平射程xA、xB、xCD槽口到水平地面的豎直高度H(2)實驗中重復多次讓小球a從斜槽上的同一位置釋放，其中“同一位置釋放”的目的是_。(3)放置被碰小球b前后，小球a的落點位置為分別為圖中的_和_。AC 為了保證小球每次平拋的初速度相同 B A 【詳解】

17、(1)開始時不放b球，讓a球從某一高度靜止釋放，平拋的初速度為，落到B點，放上b球后，讓a球從同一高度靜止釋放，碰撞后，a球落以初速度平拋落在A點，b球以初速度平拋落在C點，根據(jù)動量守恒定律小球平拋運動豎直方向上的高度相同，根據(jù)可知小球落地時間相同，動量守恒的方程兩邊同時乘以時間轉(zhuǎn)化為平拋運動的水平位移，即驗證動量守恒的方程為所以需要測量兩小球的質(zhì)量和小球平拋落地的水平位移，AC正確，BD錯誤。故選AC。(2)保持小球a從同一高度釋放的目的是為了保證小球每次平拋的初速度相同。(3)根據(jù)(1)中分析可知放置被碰小球b前后，小球a的落點位置為分別為圖中的B和A。6某實驗小組在進行“探究碰撞中的不變

18、量”的實驗入射小球與被碰小球半徑相同.（1）實驗裝置如圖甲所示先不放B小球，使A小球從斜槽上某一固定點C（圖中未畫出）由靜止?jié)L下，落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡，再把B小球靜置于水平槽前端邊緣處，讓A小球仍從C處由靜止?jié)L下，A小球和B小球碰撞后分別落在記錄紙上留下各自落點的痕跡.如圖乙所示，記錄紙上的O點是重錘所指的位置，M、P、N分別為落點的痕跡.未放B小球時，A小球落地點是記錄紙上的_點. 甲 乙（2）實驗中可以將表達式轉(zhuǎn)化為來進行驗證，其中、為小球做平拋運動的水平位移，可以進行這種轉(zhuǎn)化的依據(jù)是_.（請你選擇一個最合適的答案）A小球飛出后的加速度相同B小球飛出后，水平方向的速度相同C小

19、球在空中水平方向都做勻速直線運動，水平位移與時間成正比D小球在空中水平方向都做勻速直線運動，又因為從同高度平拋運動時間相同所以水平位移與初速度成正比。P D 【詳解】（1）A小球和B小球相撞后，B小球的速度增大，A小球的速度減小，所以碰撞后A球的落地點距離O點最近，B小球的落地點離O點最遠，中間一個點是未放B球時A球的落地點，所以未放B球時，A球落地點是記錄紙上的P點.（2）2.小球碰撞前后都做平拋運動，豎直方向位移相等，所以運動的時間相同，水平方向做勻速直線運動，速度等于水平位移除以時間，所以可以用水平位移替代速度，故D正確,故選D。7如圖（a）所示在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車，甲

20、車上系有一穿過打點計時器的紙帶，當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（b）所示，電源頻率為50Hz，則碰撞前甲車速度大小為_，碰撞后的共同速度大小為_. 0.6 0.4 【詳解】碰前，碰后，則碰撞后8用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量，氣墊導軌水平放置，擋光板寬度為9.0 mm，兩滑塊被彈簧(圖中未畫出)彈開后，左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器，記錄時間為0.040 s，右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器，記錄時間為0.060 s，左側(cè)滑塊質(zhì)量為100 g，左側(cè)滑塊的m1v1_gm/s，右側(cè)滑塊

21、質(zhì)量為150 g，兩滑塊質(zhì)量與速度的乘積的矢量和m1v1m2v2_gm/s.22.5 0 左側(cè)滑塊的速度為： 則左側(cè)滑塊的m1v1100 g0.225 m/s22.5 gm/s右側(cè)滑塊的速度為： 則右側(cè)滑塊的m2v2150 g(0.15 m/s)22.5 gm/s因m1v1與m2v2等大、反向，兩滑塊質(zhì)量與速度的乘積的矢量和m1v1m2v209用如圖所示裝置來探究碰撞中的不變量.質(zhì)量為的鋼球A用細線懸掛于O點，質(zhì)量為的鋼球B放在離地面高為H的小支柱上，O點到小球A球心的距離為L，小球釋放前懸線伸直且懸線與豎直方向的夾角為.小球A釋放后到最低點與B發(fā)生正碰，碰撞后B做平拋運動，小球A把輕桿指針O

22、C推移到與豎直方向成夾角的位置，在地面上鋪一張帶有復寫紙的白紙D.保持夾角不變，多次重復，在白紙上記錄了多個B球的落地點（、為已知量，其余物理為未知量）（1）圖中的x應該是B球所處位置到_的水平距離.（2）為了驗證兩球碰撞過程中的不變量，需要測_等物理量.（3）用測得的物理量表示碰撞前后A球和碰撞前后B球的質(zhì)量與速度的乘積依次為_、_、_、_.:B球各次落地點所在最小圓的圓心 x，H， L， ， 0 【詳解】（1）x應為B球所處位置到B球各次落地點所在最小圓的圓心的水平距離.（2）要驗證碰撞中的不變量，即驗證需要測量的物理量有碰撞前后的速度、；對于小球從某一固定位置擺動到最低點與小B碰撞時的速

23、度可以由機械能守恒定律算出由此可以看出，需要測出從懸點到小球A的距離L和擺線與豎直方向的夾角，碰撞后，小球A繼續(xù)擺動并推動輕桿一起運動，碰后的速度也可以由機械能守恒定律算出，由可以看出，需要測出，對于小球B碰后做平拋運動，由平拋運動知識得由此可以看出需要測量x，H， L， ， 。（3）由（2）中分析可知，碰撞前后A球和B球的質(zhì)量與速度的乘積依次為:，0，10氣墊導軌(如圖甲)工作時，空氣從導軌表面的小孔噴出，在導軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導軌表面直接接觸，減小了滑塊運動時的阻力為了驗證動量守恒定律，在水平氣墊導軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打

24、點計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所用電源的頻率均為b.氣墊導軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動圖乙為某次實驗打出的、點跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為_、_，兩滑塊的總動量大小為_；碰撞后兩滑塊的總動量大小為_重復上述實驗，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證0.2abs30.2abs1（兩空可互換），0.2ab(s1-s3)； 0.4ab

25、s2【詳解】動量PmV，根據(jù)VS/（5T）可知兩滑塊碰前的速度分別為V10.2S1b、V20.2S3b，則碰前動量分別為0.2abs1和0.2abs3，總動量大小為aV1aV20.2ab(s1-s3)；碰撞后兩滑塊的總動量大小為2aV2a s2/（5T）0.4abs211完成例6中的實驗后，某實驗小組對上述裝置進行了改造，如圖所示，在水平槽末端與水平地面間放置了一個斜面，斜面的上端與水平槽等高且無縫連接，剛開始不放小球B，使小球A從斜槽上某固定點C由靜止?jié)L下，然后在水平槽末端放上小球B，使小球A仍從C點由靜止?jié)L下，得到兩球落在斜面上的平均落點M、P、N.用刻度尺測得斜面上端到M、P、N三點的距離分別為、，則驗證兩球碰撞過程中系統(tǒng)的質(zhì)量和速度的乘積不變的表達式為_（用所測物理量的字母表示，小球A、B質(zhì)量分別為、）.【詳解】未放小球B時，小球A落在圖中的P點，設其水平初速