高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量課堂演練 新人教版選修35

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1、 1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量 1．如圖甲所示，在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實(shí)驗(yàn)小車，甲車上系有一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，當(dāng)甲車獲得水平向右的速度時(shí)，隨即啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，甲車運(yùn)動(dòng)一段距離后，與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運(yùn)動(dòng)，紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車的運(yùn)動(dòng)情況，如圖乙所示，電源頻率為50 Hz，則碰撞前甲車速度大小為________m/s，碰撞后的共同速度大小為________m/s.已測得甲小車的質(zhì)量m1＝0.20 kg，乙小車的質(zhì)量m2＝0.10 kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前總動(dòng)量為________kgm/s；碰后總動(dòng)量為__________kgm/s. 圖甲

2、 圖乙 解析：碰撞前Δx＝1.2 cm，碰撞后Δx′＝0.8 cm，T＝0.02 s，由v＝得碰前v甲＝＝0.6 m/s；碰后v＝＝0.4 m/s.碰前總動(dòng)量p1＝m1v1＝0.20.6 kgm/s＝0.12 kgm/s碰后的總動(dòng)量：p2＝(m1＋m2)v2＝0.30.4 kgm/s＝0.12 kgm/s. 答案：0.6　0.4　0.12　0.12 2．(1)利用氣墊導(dǎo)軌通過頻閃照相進(jìn)行“探究碰撞中的不變量”這一實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)要求研究兩滑塊碰撞時(shí)動(dòng)能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最大應(yīng)選下圖中的________(填“甲”或“乙”)；若要求碰撞動(dòng)能損失最小則應(yīng)選下圖中的___

3、_____(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)． 圖甲　　圖乙 (2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞，利用頻閃照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的照片如圖丙所示．已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0～80 cm 范圍內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10 cm處．若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________________時(shí)刻，A、B兩滑塊質(zhì)量比mA∶mB＝__________． 圖丙 解析：(1)若要求碰撞時(shí)動(dòng)

4、能損失最大，則需兩物體碰撞后結(jié)合在一起，故應(yīng)選圖中的乙；若要求碰撞動(dòng)能損失最小則應(yīng)使兩物體發(fā)生完全彈性碰撞，即選圖中的甲；(2)由圖可知，第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10 cm處；第二次A在x＝30 cm處；第三次A在x＝50 cm處；碰撞在x＝60 cm處，從第三次閃光到碰撞的時(shí)間為，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的2.5T時(shí)刻；若設(shè)碰前A的速度為v，則碰后A的速度為－，B的速度為v，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得：mAv＝－mA＋mBv，解得：＝. 答案：(1)乙 　甲　(2)2.5T　2∶3 3．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10 Hz.開始時(shí)兩

5、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200 g、300 g，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)得出的結(jié)論是___________________________． 解析：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＝0.09 m/s， v′B＝0.06 m/s， mAv′A＝0.20.09 kgm/s＝0.018 kgm/s， mBv′B＝0.30.06 kgm/s＝0.018

6、kgm/s， 由此可得：mAv′A＝mBv′B， 即0＝mBv′B－mAv′A. 結(jié)論：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 4.用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，離地面高度為H，O點(diǎn)到A球球心距離為L，使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α.A球釋放后擺到最低點(diǎn)時(shí)恰好與B球正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D，保持α角度不變．多

7、次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，白紙上記錄到多個(gè)B球的落點(diǎn)． (1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離． (2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有哪些？ (3)實(shí)驗(yàn)中不變量遵循的關(guān)系式是怎樣的？ 解析：由機(jī)械能守恒定律可知： mAgL(1－cos α)＝mAv， 則A球向下擺到與B球相碰前的速度為 vA＝， 碰后A球的速度v′A＝， 碰后B球做平拋運(yùn)動(dòng)，v′B＝＝＝s . 在碰撞中物體質(zhì)量與速度的乘積之和不變， 則mAvA＝mAv′A＋mBv′B. 故有mA＝mA＋mBs. 答案：(1)落地點(diǎn) (2)L、α、β、H、s、mA、mB (3)mA＝mA＋mBs 5．如圖所

8、示，在做“碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中，所用鋼球質(zhì)量m1，玻璃球的質(zhì)量為m2，兩球的半徑均為r.實(shí)驗(yàn)時(shí)，鋼球從斜槽上同一位置由靜止釋放，玻璃球置于小支柱上(設(shè)兩球碰撞為彈性碰撞，小支柱不影響鋼球的運(yùn)動(dòng))．某同學(xué)重復(fù)10次實(shí)驗(yàn)得到如下圖所示的記錄紙，其中O是斜槽末端的投影點(diǎn)．回答下列問題： (1)P點(diǎn)為__________落點(diǎn)，M點(diǎn)為__________落點(diǎn)，N為________落點(diǎn)； (2)安裝和調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)主要要求是：________________. 測量得OM＝x1，OP＝x2，ON＝x3，則要驗(yàn)證的動(dòng)量守恒關(guān)系式為(用題中所給相關(guān)符號(hào)表示)：________． 解析：(

9、1)入射小球和被碰小球相撞后，被碰小球的速度增大，入射小球的速度減小，碰前碰后都做平拋運(yùn)動(dòng)，高度相同，落地時(shí)間相同，所以P點(diǎn)是沒放玻璃球時(shí)，鋼球的平均落地點(diǎn)，M點(diǎn)是碰后鋼球的平均落地點(diǎn)，N點(diǎn)為碰后被碰玻璃球的平均落地點(diǎn)． (2)為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，安裝軌道時(shí)，軌道末端必須水平．否則會(huì)引起誤差；為了發(fā)生對心碰撞，兩球的直徑需相同且在同一高度，否則會(huì)引起誤差．碰撞過程中，如果水平方向動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律得：m1v1＝m1v1′＋m2v2，小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)拋出點(diǎn)的高度相等，它們在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，兩邊同時(shí)乘以時(shí)間t, m1v1t＝m1v1′t＋m2v2t，由此表達(dá)式為： m1x2＝m1

10、x1＋m2(x3－2r)． 答案：(1)沒放玻璃球時(shí)，鋼球的平均落點(diǎn)或鋼球單獨(dú)滾下時(shí)的平均落點(diǎn)　碰撞后，鋼球的平均落點(diǎn)　碰撞后，玻璃球的平均落點(diǎn)　(2)斜槽末端保持水平，碰撞時(shí)兩球球心在同一水平線上　m1x2＝m1x1＋m2(x3－2r) 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375