2020版高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量知能巩固提升 新人教版选修3-5 5页

‎2020版高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量知能巩固提升 新人教版选修3-5 ‎ ‎1.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，下列哪些因素可导致实验误差 ‎( )‎ A.导轨安放不水平 B.小车上挡光片倾斜 C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起 ‎2.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＝‎170 g，右侧滑块质量m2＝‎110 g，挡光片宽度d为‎3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，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Δt1＝0.32 s，Δt2＝0.21 s。则两滑块的速度分别为v′1＝________m/s，v′2＝________m/s(保留三位有效数字)。烧断细线前m1v1＋m2v2＝_______kg•m/s，烧断细线后m1v′1＋m2v′2＝___________kg•m/s。可得到的结论是_______________________。‎ ‎3.气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图所示,采用的实验步骤如下:‎ a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；‎ b.调整气垫导轨,使导轨处于水平；‎ c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上；‎ d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；‎ e.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。‎ ‎(1)实验中还应测量的物理量及其符号是_________。‎ ‎(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是_______,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因有_______(至少答出两点)。‎ ‎4.如图所示，A、B两摆摆长分别为L1和L2，摆球质量分别为m1和m2，且m1＜m2。静止时，两球在悬点正下方刚好接触且球心同高，现将A摆在纸平面内向左拉离平衡位置，使摆线水平，然后释放。当A摆摆到最低点时两球碰撞，碰后A球被反弹，反弹后最大偏角为α，B球向右摆动，最大偏角为β，则碰撞过程中一定守恒的是________(选填“动能”或“动量”)，守恒的关系式为___________。‎ ‎5.如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用细绳连接，细绳烧断后，两个滑块向相反方向运动。已知滑块A、B的质量分别为‎200 g、‎300 g，根据照片记录的信息，细绳烧断后，A滑块做_____运动，其速度大小为_________m/s，本实验中得出的结论是_________________。‎ 答案解析 ‎1.【解析】选A、B。导轨不水平，小车会受重力的影响，从而导致实验误差 ‎；挡光片倾斜会导致挡光片宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，使计算出现误差。‎ ‎2.【解析】取向左方向为正，两滑块速度 ‎。‎ 烧断细线前m1v1＋m2v2＝0‎ 烧断细线后m1v′1＋m2v′2＝(0.170×0.094－0.110×0.143) kg•m/s＝2.5×10－‎4 kg•m/s，在实验允许的误差范围内，m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2。‎ 答案：0.094 0.143 0 2.5×10－4 在实验允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量 ‎3.【解析】A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后,在气垫导轨上运动时可视为匀速运动,因此只要测出A与C的距离L1,B与D的距离L2及A到C,B到D的时间t1和t2。测出两滑块的质量,就可以用验证动量是否守恒。‎ ‎(1)实验中还应测量的物理量为B的右端与D的距离,符号为L2。‎ ‎(2)验证动量守恒定律的表达式是,产生误差的原因:①L1、L2、mA、mB的数据测量误差。②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程。③滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力。‎ 答案：(1)B的右端到D的距离L2‎ ‎(2) 原因见解析 ‎4.【解题指南】可按如下思路解答本题：‎ ‎(1)由“单摆探究碰撞中的守恒量”可知“动量守恒”。‎ ‎(2)根据机械能守恒可求出碰撞前后的速度。‎ ‎【解析】两球在最低点碰撞时，动量守恒，设碰前瞬间A球速度为v1‎ ‎。由机械能守恒定律得，对A球 ①‎ 设A、B球碰后瞬间的速度分别为v1′和v2′，由机械能守恒定律得 对A球： ②‎ 对B球： ③‎ 由动量守恒得m1v1＝－m1v1′＋m2v2′ ④‎ 由①②③④式得:。‎ 答案：动量 。‎ ‎5.【解析】由题图可知，细绳烧断后，A、B均做匀速直线运动，开始时：vA=0，vB=0，‎ A、B被弹开后，v′A=‎0.09 m/s，v′B=‎0.06 m/s，‎ mAv′A=0.2×‎0.09 kg•m/s=‎0.018 kg•m/s mBv′B=0.3×‎0.06 kg•m/s=‎0.018 kg•m/s 由此可得：mAv′A=mBv′B，即0=mBv′B-mAv′A 结论是两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒。‎ 答案：匀速直线 0.09 两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒 ‎【总结提升】分析纸带数据常用的方法及规律 ‎(1)物体的运动情况判断：‎ ‎①根据匀速直线运动特点x=vt，若纸带上各相邻的点的间隔相等，则可判断物体做匀速直线运动。‎ ‎②由匀变速直线运动的推论Δx=aT2，若所打的纸带上在任意两个相邻且相等的时间内物体的位移之差相等且不为零，则说明物体做匀变速直线运动。‎ ‎(2)某点瞬时速度的计算 在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度：即n点的瞬时速度等于(n－‎ ‎1)点和(n+1)点间的平均速度。如果是匀速直线运动可直接由求得瞬时速度，其中x为对应时间T内的位移。‎