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2019-2020年高中物理 第十六章 動量守恒定律 1 實驗：探究碰撞中的不變量課后訓練 新人教版選修3-5 基礎鞏固 1．在利用氣墊導軌探究碰撞中的不變量實驗中，哪些因素可導致實驗誤差(　　) A．導軌安放不水平 B．小車上擋光板傾斜 C．兩小車質(zhì)量不相等 D．兩小車碰后連在一起 2．在光滑桌面上有兩個小球，甲球的質(zhì)量為2 kg，乙球的質(zhì)量為1 kg，乙球靜止，甲球以4 m/s的速度和乙球?qū)π南嗯觯铝姓f法正確的是(　　) A．碰撞后甲球的速度為0，乙球的速度為8 m/s，方向與甲球原來的速度方向相同 B．碰撞后甲球的速度變小，乙球開始運動 C．碰撞后兩球的速度無法確定 D．以上結(jié)論都不正確 3．在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，也可以探索mv2這個量(對應于動能)的變化情況。 (1)若采用弓形彈片滑塊的方案如圖甲所示，彈開后的mv2的總量________(填“大于”“小于”或“等于”)彈開前mv2的總量，這是因為____________________________。 (2)若采用圖乙所示的方案，碰撞前mv2的總量________(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量，說明彈性碰撞中________守恒。 (3)若采用圖丙所示的方案，碰撞前mv2的總量________(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量，說明非彈性碰撞中存在________損失。 4．“探究碰撞中的不變量”的實驗中，入射小球m1＝15 g，原來靜止的被碰小球m2＝10 g，由實驗測得它們在碰撞前后的x–t圖象如圖所示，由圖可知，入射小球碰撞前的m1v1是________，入射小球碰撞后的m1v1′是________，被碰小球碰撞后的m2v2′是________ 。由此得出結(jié)論________________________________________________________________。 能力提升 5．水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質(zhì)量分別是0.6 kg和0.2 kg。A車的車尾拉著紙帶，A車以某一速度與靜止的B車碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運動。碰撞前后打點計時器打下的紙帶如圖所示。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，請猜想：什么物理量在碰撞前后是相等的？ 6．如圖所示，在實驗室中用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞中不變量的實驗： (1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在與A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)。 (2)按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當A和B與擋板C和D碰撞的同時，電子計時器自動停表，記下A至C的運動時間t1，B至D的運動時間t2。 (3)重復幾次取t1，t2的平均值。 請回答以下幾個問題： ①在調(diào)整氣墊導軌時應注意___________________________________________； ②應測量的數(shù)據(jù)還有_________________________________________________； ③作用前A、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積之和為______________________________，作用后A、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積之和為________。 7．用氣墊導軌研究碰撞中物理量的特點，碰撞前后兩滑塊可以看做勻速運動。某次實驗中，A、B兩鋁制滑塊在一水平氣墊導軌上相碰，用閃光照相每隔0.4 s的時間拍攝一次照片，每次拍攝閃光的延續(xù)時間很短，可以忽略不計，如圖所示。已知A、B之間的質(zhì)量關系是mB＝1.5mA，拍攝進行了4次，第一次是在兩滑塊相撞之前，以后的3次是在碰撞之后，A原來處于靜止狀態(tài)。設A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時間內(nèi)是在10～105 cm這段范圍內(nèi)運動(以滑塊上的箭頭位置為準)，試根據(jù)閃光照片求： (1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少； (2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量與自己速度的乘積之和是不是不變量。 參考答案 1. 答案：AB　點撥：A項導軌不水平，小車速度將受重力影響。B項中擋光板傾斜導致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移，導致速度計算出現(xiàn)誤差。 2. 答案：BC　點撥：根據(jù)實驗探究的結(jié)果m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′可知，碰撞前甲球的速度為v1，乙球的速度為0，碰撞后兩球的速度各是多大無法確定，利用牛頓第二定律知，甲球受到阻礙，速度應該變小，乙球受到?jīng)_擊開始運動，故選項B、C正確。 3. 答案：(1)大于　彈片的彈性勢能轉(zhuǎn)化為兩滑塊動能，滑塊動能增加　(2)等于　機械能　(3)大于　機械能 4. 答案：0.015 kgm/s　0.007 5 kgm/s　0.007 5 kgm/s　碰撞中mv的矢量和是守恒的量 點撥：碰撞前m1的速度大小v1＝ m/s＝1 m/s，故碰撞前的m1v1＝0.015 kg1 m/s＝0.015 kgm/s。 碰撞后m1的速度大小v1′＝＝0.5 m/s， m2的速度大小v2′＝＝0.75 m/s， 故m1v1′＝0.015 kg0.5 m/s＝0.007 5 kgm/s， m2v2′＝0.010.75 kgm/s＝0.007 5 kgm/s， 可知m1v1＝m1v1′＋m2v2′。 5. 答案：見點撥 點撥：由紙帶可以看出，A、B兩個小車碰前和碰后都是向左運動，且碰撞是發(fā)生在從右邊數(shù)第5個點時，A車碰前碰后都看成勻速運動，右邊4個間隔距離為6.6 cm，時間t＝40.02 s＝0.08 s，vA＝＝82.5 cm/s＝0.825 m/s。 A物體的mAvA＝0.60.825 kgm/s＝0.495 kgm/s。 碰后A與B一起運動的速度vAB＝＝0.58 m/s。 則(mA＋mB)vAB＝(0.6＋0.2)0.58 kgm/s＝0.464 kgm/s。 故在誤差范圍內(nèi)，mv在碰撞前后是相等的。 6. 答案：①使氣墊導軌水平放置　②兩滑塊到擋板的距離L1和L2?、?　(M＋m)L1/t1－ML2/t2 點撥：①為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運動，必須使氣墊導軌水平放置，需要用水平儀加以調(diào)試。 ②要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測出A至C的時間t1和B至D的時間t2，并且要測量出兩滑塊到擋板的距離L1和L2，再由公式v＝s/t求出其速度。 ③設向左為正方向，根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA＝L1/t1，vB＝L2 /t2。碰前兩物體靜止，v＝0，速度與質(zhì)量乘積之和為0，碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積為(M＋m)L1/t1－ML2/t2。 7. 答案：(1)vA＝0　vB＝1.0 m/s　vA′＝0.75 m/s　vB′＝0.50 m/s　(2)是不變量 點撥：由題圖分析可知 (1)碰撞后： 從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，A運動的時間是 Δt1＝＝0.2 s， 由此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時間為 Δt2＝(0.4－0.2)s＝0.2 s， 則碰撞前B物體的速度為 vB＝＝1.0 m/s， 由題意得vA＝0。 (2)碰撞前mAvA＝0，mBvB＝1.5mA， 碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75mA＋0.75mA＝1.5mA， 所以mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′，即碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不變量。