1、1第十六章 第一节 实验：探究碰撞中的不变量1(山东青岛市部分重点中学 20162017 学年高二下学期检测)气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材：(名称、图象、编号如图所示)利用以上实验器材还可以完成“探究一维碰撞中的守恒量”的实验。为完成此实验，某同学将实验原理设定为： m1v0( m1 m2)v(1)针对此原理，我们应选择的器材编号为：_ABC_。(2)在我们所选的器材中：_B_器材对应原理中的 m1(填写器材编号)。解析：该实验的原理为 m1v0( m1 m2
2、)v，两个物体最终粘在一起，一起运动，通过光电门可以测量速度的大小，所以应选择的器材为 A、B、C。因为 m1应该是先运动的滑块，不是静止的滑块，所以对应的器材是 B。2(河北省冀州中学 20162017 学年高二下学期期中)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示。在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为 50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标在图上， A 为运动起
3、始的第一点，则应选_ BC_段计算小车甲的碰前速度，应选_ DE_段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两格填“ AB”、 “BC”、 “CD”或“ DE”)。2(2)已测得小车甲的质量 m 甲 0.40kg，小车乙的质量 m 乙 0.20kg，由以上测量结果可得：碰前 m 甲 v 甲 m 乙 v 乙 _0.420_kgm/s；碰后 m 甲 v 甲 m 乙 v 乙 _0.417_kgm/s。(3)通过计算得出的结论是_在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的 mv 之和是相等的。_。解析：(1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段 BC 应为小车甲与乙碰前的阶段， CD 段点迹不均匀，故 CD
4、 应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选 DE 段计算碰后共同的速度。(2)v 甲 1.05m/s， v 0.695m/sBC t DE t碰前 m 甲 v 甲 m 乙 v 乙 0.420kgm/s碰后 m 甲 v 甲 m 乙 v 乙 ( m 甲 m 乙 )v0.600.695kgm/s0.417kgm/s(3)根据(2)中数据可知：在误差允许的范围内，碰撞前两车质量与速度乘积之和等于碰撞后两车质量与速度乘积之和。3(湖北省武钢三中、武汉三中、省实验中学 20152016 学年高二下学期联考)用如图所示装置来进行探究碰撞的不变量的实验，质量为 mB的钢球 B 放在
5、小支柱 N 上，球心离地面高度为 H；质量为 mA的钢球 A 用细线拴好悬挂于 O 点，当细线被拉直时 O 点到球心的距离为 L，且细线与竖直线之间夹角为 。球 A 由静止释放，摆到最低点时恰与球 B 发生正碰，碰撞后， A 球把轻质指示针 C 推移到与竖直线夹角为 处， B 球落到地面上，地面上铺有一张覆盖有复写纸的白纸 D，用来记录球 B 的落点。保持 角度不变，多次重复上述实验，在白纸上记录到多个 B 球的落地点。(1)图中 s 应是 B 球初始位置到_ B 球落地点_的水平距离。(2)为了探究碰撞中的守恒量，应测得_ mA、 mB、 L、 、 、 H、 s_等物理量。(3)用测得的物理
6、量表示： mAvA_ mA _； mAv A_ mA2gL 1 cos _； mBv B_ mBs _。2gL 1 cos g2H3解析：本题需要求解出 A、 B 碰撞前、后的速度。 B 碰撞前静止，碰后做平抛运动，要求其平抛运动的初速度则需了解 B 碰后的水平位移，则 s 为 B 球的初始位置到落地点的水平距离，由平抛运动的知识可得 B 碰后的速度为 v B 。由机械能守恒定律可得 Ast s2Hg碰前的速度为 vA ，同理可得 A 碰后的速度为2gL 1 cos v A 。显然需要测得的物理量有： mA、 mB、 L、 、 、 H、 s。2gL 1 cos 4(四川省双流中学 201720
7、18 高二学年下学期期中)物理小组利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验。步骤如下：用天平测出滑块 A、 B 的质量分别为 300g 和 200g；安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把 A、 B 两滑块放到导轨上，并给他们一个初速度(导轨摩擦忽略不计)，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为 t0.2s。照片如图，该组同学结合实验过程和图象分析知：该图象是闪光 4 次摄得的照片，在这 4 次闪光的瞬间， A、 B 两滑块均在 080cm 刻度范围内；第一次闪光时，滑块 B 恰好通过 x55cm 处，滑块 A 恰好通过 x70cm 处；碰撞
8、后有一个物体处于静止状态。请问：(1)以上情况说明碰后_A_(填 A 或 B)物体静止，滑块碰撞位置发生在_60_cm 处；(2)滑块碰撞时间发生在第一次闪光后_0.1_s；(3)设向右为正方向，试分析碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是_0.2_kgm/s，碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是_0.2_kgm/s，以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是_碰撞前后两物体的质量与速度的乘积之和_。解析：(1)由图可知， A 只有两个位置有照片，则说明 A 碰后保持静止，故碰撞发生在第 1、2 两次闪光时刻之间，碰撞后 A 静止，故碰撞发生在 x60cm 处。(2) 碰撞后 B 向左做匀速运动
9、，设其速度为 v B，所以 v Bt0.2，碰撞到第二次闪光时 B 向左运动 10cm，时间为 t，有 v Bt0.1，第一次闪光到发生碰撞时间为 t，有 t t t，得 t0.1s(3) 设向右为正方向，碰撞前， B 的速度大小为：4vB m/s0.5m/s0.050.1A 的速度大小 vA m/s1m/s0.1m0.1则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和P1 mBvB mAvA0.20.5kgm/s0.31kgm/s0.2kgm/s。碰撞后， A 静止， B 速度大小 v B1m/s则碰撞后两滑块的动量PB mBvB0.21kgm/s0.2kgm/s。以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是“碰撞前后两物体的质量与速度的乘积之和” 。
