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，氣墊導軌水平放置，擋光板寬度為9.0mm，兩滑塊被彈簧彈開后，左側滑塊通過左側光電計時器0.040s，右側滑塊通過右側光電計時器，記錄時間為0.060s，左側滑塊質量為100g，左側滑塊m1v1大小為_____g·m/s，右側滑塊質量為149g，兩滑塊質量與速度乘積的矢量和m1v1+m2v2=_______g【解析】左側滑塊的速度為：v1=QUOTE=QUOTE=0.225m/s，則左側滑塊m1v1=100g×0.225m/s=22.5g·m/s；右側滑塊的速度為：v2=QUOTE=QUOTEm/s=0.15m/s，則右側滑塊m2v2=149g×(-0.15m/s)≈-22.4g·可見在誤差允許的范圍內兩滑塊m1v1+m2v2=0。答案：22.502.(12分)如圖所示為某同學設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)關于實驗的要點，下列說法正確的是_______。

A.入射小球的質量必須大于被碰小球的質量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；若入射小球的質量為m1，被碰小球的質量為m2，則實驗需要驗證的表達式為_______________。(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，入射小球的質量必須大于被碰小球的質量，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，以便準確測量出小球平拋運動的水平位移，選項D正確；實驗重復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。(結果保留兩位有效數(shù)字)

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

(3)兩車碰撞過程中，兩車的質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，兩車的質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選圖中的_______(選填“甲”或“乙”)，若要求碰撞時動能損失最小則應選圖中的_______(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，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，故應選圖中的乙；若要求碰撞時動能損失最小，則應使兩滑塊發(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