高中物理 16.1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量 新人教選修35

..............考查實(shí)驗(yàn)原理歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力【例證1】如圖所示為氣墊導(dǎo)軌上兩個(gè)滑塊A、B相互作用后運(yùn)動(dòng)過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10Hz.開始時(shí)兩個(gè)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(gè)滑塊向相反方向運(yùn)動(dòng).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(yùn)動(dòng)，其速度大小為______m/s，本實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論是_________________________________________..【標(biāo)準(zhǔn)解答】由題圖可知，細(xì)繩燒斷后，A、B均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，開始時(shí)：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/smBv′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)論是：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.考查分析初末狀態(tài)探究不變量的能力【例證2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證碰撞過程中的不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，使小車A做勻速直線運(yùn)動(dòng).然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示.在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板右端下部墊著小木片(圖中未畫出)用以平衡摩擦力..(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖所示，并把測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選_____段來計(jì)算小車A的碰前速度，應(yīng)選____段來計(jì)算小車A和小車B碰后的共同速度.(以上兩空選填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)(2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量mA=0.40kg,小車B的質(zhì)量mB=0.20kg,由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前mAvA+mBvB=_______kg·m/s;碰后mAvA′+mBvB′=______kg·m/s..【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)小車A碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打出紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車碰前速度應(yīng)選BC段；CD段上所打的點(diǎn)由稀變密，可見在CD段A、B兩小車相互碰撞，A、B碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以打出的點(diǎn)又是間距均勻的，故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后速度..(2)碰撞前后：碰前：mAvA+mBvB=0.40×1.05kg·m/s=0.42kg·m/s,碰后：mAvA′+mBvB′=(mA+mB)v′=0.60×0.695kg·m/s=0.417kg·m/s.答案：(1)BCDE(2)0.420.417.一、選擇題1.在做用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行碰撞驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)，不需要測(cè)量的物理量是()A.滑塊的質(zhì)量B.擋光時(shí)間C.擋光片的寬度D.光電門的高度【解析】選D.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，滑塊的質(zhì)量、擋光時(shí)間、擋光片的寬度都是需要測(cè)量的物理量，其中滑塊的質(zhì)量用天平測(cè)量，擋光時(shí)間用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量，擋光片的寬度可事先用刻度尺測(cè)量；只有光電門的高度不需要測(cè)量，只要能與擋光片在同一高度即可，故選D..2.在做利用懸線懸掛等大的小球探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()A.懸掛兩球的細(xì)線長(zhǎng)度要適當(dāng)且等長(zhǎng)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(dòng).【解析】選A、B、D.兩繩等長(zhǎng)能保證兩球正碰，也就是對(duì)心碰撞，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以A正確.由于計(jì)算碰撞前速度時(shí)用到了即初速度為0時(shí)碰前的速度為B正確.本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小球的材質(zhì)性能無要求，C錯(cuò)誤.兩球正碰后，有各種運(yùn)動(dòng)情況，所以D正確..3.(2020·蘇州高二檢測(cè))若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)，下列操作正確的是()A.相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了改變兩車的質(zhì)量B.相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘在一起C.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車D.先釋放拖動(dòng)紙帶的小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源.【解析】選B、C.相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運(yùn)動(dòng),這種情況能得到能量損失很大的碰撞，A錯(cuò)；應(yīng)當(dāng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車，否則因運(yùn)動(dòng)距離較短，小車釋放以后再打開電源不容易得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).故D錯(cuò)，B、C正確..4.對(duì)于實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論m1v1＋m2v2＝m1v1′+m2v2′，下列說法正確的是()A.僅限于一維碰撞B.任何情況下m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2也一定成立C.式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小D.式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的質(zhì)量與速度乘積之和【解析】選A、D.這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在一維情況下設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，其他情況未做探究；系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前后為不變量是實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，其他探究的結(jié)論情況不成立，而速度是矢量，應(yīng)考慮方向.故選項(xiàng)A、D正確..5.在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，為了順利地完成實(shí)驗(yàn)，拉起球質(zhì)量為m1，被碰球質(zhì)量為m2，二者關(guān)系應(yīng)是()A.m1>m2B.m1=m2C.m1<m2D.以上三個(gè)關(guān)系都可以【解析】選D.這個(gè)實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn)，目的就是讓同學(xué)們探究在不同情況下的不變量，A、B、C三種關(guān)系也是需要同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)真探究的內(nèi)容，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究的不同情況，是正確的，故選項(xiàng)D正確..6.(2020·泰安高二檢測(cè))在光滑水平桌面上有兩個(gè)小球，甲球的質(zhì)量為2kg，乙球的質(zhì)量為1kg，甲球以4m/s的速度和原來靜止的乙球發(fā)生對(duì)心碰撞，則下列說法正確的是()A.碰撞后甲球的速度為零，乙球的速度為8m/s，方向與甲球原來的速度方向相同B.碰撞后甲球的速度一定變小C.僅根據(jù)上述條件無法求出碰撞后兩球的速度大小D.以上說法均不正確.【解析】選B、C.根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論，碰撞前后兩球質(zhì)量與其速度的乘積相等，乙球一定獲得一定的速度，具有動(dòng)能；并且碰撞前后有能量損失，可以得出碰撞后甲球的速度一定減小，但僅根據(jù)上述條件是無法求出碰撞后兩球的速度大小的.故選項(xiàng)B、C正確..二、非選擇題7.某同學(xué)用如圖所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，.得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次.圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)，B球落點(diǎn)痕跡如圖所示，其中厘米刻度尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，厘米刻度尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊..(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取____cm.(2)在以下選項(xiàng)中，本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量是_____.A.水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離B.測(cè)量A球與B球碰撞后，A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離C.測(cè)量A球與B球的質(zhì)量D.測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度.【解析】(1)題圖中畫出了B球的10個(gè)落點(diǎn)位置，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)取平均位置.方法是：用最小的圓將所有點(diǎn)圈在里面，圓心位置即為落點(diǎn)平均位置，找準(zhǔn)平均位置，讀數(shù)時(shí)應(yīng)在刻度尺的最小刻度后面再估讀一位.答案為64.7cm(64.2cm到65.2cm的范圍內(nèi)都正確).(2)本實(shí)驗(yàn)把被碰小球放在靠近槽末端的地方，使得被碰小球B和入射小球A都從O點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng)，且兩球平拋時(shí)間相同，若以平拋時(shí)間為單位時(shí)間，則平拋的水平距離在數(shù)值上等于平拋初速度.設(shè)A未碰B，平拋水平位移為xA;A、B相碰.后，A、B兩球的水平位移分別為xA′、xB′;A、B質(zhì)量分別為mA、mB，則碰前:mAxA,碰后mAxA′+mBxB′,要驗(yàn)證mv的矢量和在碰撞中是否守恒，即驗(yàn)證以上兩式中質(zhì)量與位移的乘積之和是否相等.故該實(shí)驗(yàn)應(yīng)測(cè)量的物理量有：mA、mB、xA、xA′、xB′，選項(xiàng)A、B、C正確.答案：(1)64.7(64.2～65.2都正確)(2)A、B、C.8.(探究創(chuàng)新)如圖所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn)：.(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài).(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開，同時(shí)啟動(dòng)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)A和B與擋板C和D分別碰撞時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至C運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1，B至D運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2..(3)重復(fù)幾次取t1、t2的平均值.請(qǐng)回答以下幾個(gè)問題：①在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意__________________________；②應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有________________________________；③作用前A、B兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為____________；作用后A、B兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為______________..【解析】①為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，必須使氣墊導(dǎo)軌水平，需要用水平儀加以調(diào)試.②要求出A、B兩滑塊在電動(dòng)卡銷放開后的速度，需測(cè)出A至C的時(shí)間t1和B至D的時(shí)間t2，并且要測(cè)量出兩滑塊分別到擋板的距離L1和L2，再由公式求出其速度.③設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為碰前兩滑塊靜止，即v=0，質(zhì)量與速度乘積之和為0，碰后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和為.答案：①用水平儀測(cè)得導(dǎo)軌水平②A至C的距離L1、B至D的距離L2③..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:53PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢(mèng)，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:53PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2023/2/