1、116.1 实验 探究碰撞中的不变量课时检测区能力达标1.(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中,下列哪些因素可导致实验误差( )A.导轨安放不水平 B.滑块上挡光板倾斜C.两滑块质量不相等 D.两滑块碰后连在一起【解析】选 A、B。导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响,从而产生实验误差;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移;实验中并不要求两滑块的质量相等;两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大,并不影响碰撞中的守恒量。综上所述,答案为 A、B。2.(多选)若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验,下列操作正确的是( )A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一
2、个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后粘在一起C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源【解析】选 B、C。相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,这种情况能得到能量损失很大的碰撞;应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据。故 A、D 错,B、C 正确。3.(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是( )A.A 到达最低点时,两球的球心连线可以不水平
3、B.A 到达最低点时,两球的球心连线要水平C.多次测量减小误差时,A 球必须从同一高度下落D.多次测量减小误差时,A 球必须从不同高度下落【解析】选 B、C。本题考查了探究碰撞过程中的不变量,意在考查学生的理解能力。要保2证一维对心碰撞,必须在碰撞时球心在同一高度;多次测量求平均值,必须保证过程的重复性,A球必须从同一高度下落。故选项 B、C 正确,A、D 错误。4.(2018武威高二检测)在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时,左侧滑块质量m1=200g,右侧滑块质量 m2=160g,挡光片宽度为 3.00cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线将两滑块连在一起,如图所示。开始时两滑块
4、静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为 t 1=0.30s,t 2=0.24s。则两滑块的速度分别为 v1=_m/s,v 2=_m/s。烧断细线前m1v1+m2v2=_kgm/s,烧断细线后 m1v1+m 2v2=_kgm/s。可得到的结论是_。【解析】由平均速度公式可得:v 1= m/s=0.1m/s;v 2= m/s=0.125m/s;设向右为正方向,因烧断细线之前,两滑块均静止,故烧断细线前的 m1v1+m2v2为零;碰后的 m1v1+m 2v2=0.2(-0.1)kgm/s+0.160.125kgm/s=0;故说明碰撞前后 mv 之和相等,即两个物体
5、各自的质量与自己速度的乘积之和是“不变量” 。答案:0.1 0.125 0 0 两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是“不变量”【补偿训练】1.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 为运动起始的第一点,则应选_段计算小车甲的碰前速度,应选_段来计算小车甲和乙碰后的共同速
6、度(以上两空选填“AB” “BC”“CD”或“DE”)。3(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 =_kgm/s;碰后 m 甲 v 甲 +m 乙 v 乙 =_kgm/s。(3)通过计算得出的结论是什么?【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 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/sB Dm 甲 v
7、 甲 +m 乙 v 乙 =0.420kgm/s碰后 m 甲 v 甲 +m 乙 v 乙 =(m 甲 +m 乙 )v=0.600.695kgm/s=0.417 kgm/s(3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的 mv 之和是相等的。答案:(1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的 mv 之和是相等的。2.(2018东莞高二检测)某同学用如图甲所示的装置“探究碰撞中不变量”,每次让小球m1压缩弹簧到同一位置,开始几次不放置 m2(含其支架),释放 m1,记录其落点的位置 P,后几次放置 m2,分别记录 m1、m 2落点的平均位置 M 和 N:(1)实
8、验中 m1和 m2大小关系是:m 1_m2(选填“大于” “小于”或“等于”)。(2)下面是本实验部分测量仪器或工具,需要的是_。A.秒表 B.天平4C.刻度尺 D.弹簧测力计(3)下列测定入射小球和被碰小球在碰撞前后速度的方法或原理正确的是_。A.用秒表测出时间 t,用刻度尺测出位移 s,用 v= 求出速度B.测出打点计时器在纸带上打下的点间距离 s1、s 2,用 v= 求出速度s1+22C.用小球离开桌面后的水平射程 x 来代替速度D.测出小球下落高度 h,用 v= 求出速度(4)若在实验误差允许的范围内,表示碰撞前后不变量的表达式应为_。【解析】(1)入射小球 1 与被碰小球 2 直径相
9、同,为防止两球碰撞后入射球反弹,入射球质量应大于被碰球质量,即 m1大于 m2。(2)根据实验原理可知,本实验中需要测量长度和质量,故需要天平和刻度尺;由于两球离开桌面后做平抛运动,在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,由于抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间相等,故不需要测量时间,故选 B、C。(3)两球离开桌面后做平抛运动,在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,由于抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间相等,小球的水平位移与小球的初速度成正比,可以用小球的水平位移代替初速度,故选 C。(4)由于两球从同一高度开始下落,且下落到同一水平面上,故两球下落的时间相同,则
10、满足m1 =m1 +m2 。答案:(1)大于 (2)B、C (3)C(4)m1 =m1 +m25.某同学利用如图所示的装置“探究碰撞中的守恒量” 。图中两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A、B 两摆球均很小,质量之比为 12。当两摆均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触。向右上方拉动 B 球使其摆线伸直并与竖直方向成 45角,然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角为 30。若本实验允许的最大误差为4%,此实验是否成功地验证了碰撞前后两小球的质量与速度的乘积之和保持不变。5【解析】设摆球 A、B 的质量分别为 mA、m B,摆长为 l,B 球的初始高度为 h1,碰撞前 B 球的速
11、度为 vB。在不考虑摆线质量的情况下,根据题意及机械能守恒定律得 h1=l(1-cos45) mB =mBgh1 12设碰撞前、后两摆球的质量与速度的乘积大小分别为 p1、p 2。有 p1=mBvB 联立式得 p1=mB 同理可得 p2=(mA+mB) 联立式得 = p21代入已知条件得( )2=1.03p21由此可以推出| |4%p211所以,此实验在规定的误差范围内成功地验证了碰撞前后两小球的质量与速度的乘积之和保持不变。答案:此实验在规定的误差范围内成功地验证了碰撞前后两球的质量与速度的乘积之和保持不变【补偿训练】如图所示为“探究碰撞中的不变量”的实验装置示意图。6(1)因为下落高度相同
12、的平抛小球(不计空气阻力)的飞行时间相同,所以我们在实验中可以用_作为时间单位。(2)(多选)本实验中,实验必须要求的条件是( )A.斜槽轨道必须是光滑的B.斜槽轨道末端点的切线是水平的C.入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放D.入射球与被碰球满足 mamb,ra=rb(3)如图,其中 M、P、N 分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置,则实验中要验证的关系是( )A.maON=maOP+mbOMB.maOP=maON+mbOMC.maOP=maOM+mbOND.maOM=maOP+mbON【解析】(1)在此实验装置中两球的飞行时间相同,实验中可用平抛时间作为时间单位,从而变比较速度大小为比较水平位移的大小。(2)选 B、C、D。此实验要求两小球平抛,所以应使斜槽末端点的切线是水平的,B 对。要求碰撞时入射小球的速度不变,应使入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放即可,C对,A 错。为使入射小球不返回且碰撞时为对心正碰,应使 mamb且 ra=rb,D 对。(3)选 C。实验中要验证 mav1=mav1+m bv2,取平抛时间为时间单位,则变为ma =ma +mb ,即 maOP=maOM+mbON。O O O答案:(1)平抛时间 (2)B、C、D (3)C
