2018-2019版高中物理 第1章 碰撞與動(dòng)量守恒 微型專題 實(shí)驗(yàn)：探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律學(xué)案 滬科版選修3-5.docx

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微型專題　實(shí)驗(yàn)：探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律 1.(多選)用如圖1所示的裝置探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律，必須注意的事項(xiàng)是(　　) 圖1 A．A到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，兩球的球心連線可以不水平 B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，拉起A球，應(yīng)由靜止釋放，以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰撞前的速度 C．多次測(cè)量減小誤差時(shí)，A球必須從同一高度由靜止擺下 D．A、B兩小球碰撞后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng) 答案　BCD 解析　要保證一維對(duì)心碰撞，必須保證碰撞時(shí)球心在同一高度，A項(xiàng)錯(cuò)誤；為了較準(zhǔn)確地利用機(jī)械能守恒定律計(jì)算小球碰撞前的速度，小球釋放時(shí)速度必須為零，B項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)要求多次測(cè)量求平均值，必須保證過(guò)程的重復(fù)性，A球必須從同一高度由靜止擺下，C項(xiàng)正確；兩球正碰后，有多種運(yùn)動(dòng)情況，所以D正確． 2．(多選)對(duì)于實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．僅限于一維碰撞 B．任何情況下m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2都一定成立 C．式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小 D．式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量 答案　AD 解析　這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在一維碰撞情況下設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)；系統(tǒng)的總動(dòng)量在碰撞前后保持不變是實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，其他探究的結(jié)論情況不成立，而速度是矢量，應(yīng)考慮方向，故選項(xiàng)A、D正確． 3．在利用斜槽軌道探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，一般采用如圖2甲、乙所示的兩種裝置： 圖2 (1)實(shí)驗(yàn)必須要求的條件是________． A．斜槽軌道必須是光滑的 B．斜槽軌道末端的切線是水平的 C．入射球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下 D．碰撞的瞬間，入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行 (2)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則________． A．m1>m2，r1>r2 B．m1>m2，r1m2，r1＝r2 D．m1m2，為使入射球與被碰球發(fā)生對(duì)心碰撞，要求兩小球半徑相同，故選項(xiàng)C正確． (3)設(shè)入射小球碰前的速度為v1，入射小球、被碰小球相碰后的速度分別為v1′、v2′.由于兩球都從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)以運(yùn)動(dòng)時(shí)間為一個(gè)計(jì)時(shí)單位時(shí)，可以用它們平拋的水平位移表示碰撞前后的速度．因此，驗(yàn)證的動(dòng)量守恒關(guān)系m1v1＝m1v1′＋m2v2′可表示為m1s1＝m1s1′＋m2s2′.所以需要直尺、天平，而無(wú)需彈簧測(cè)力計(jì)、秒表．由于題中兩個(gè)小球都可認(rèn)為是從槽口開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)的，兩球的半徑不必測(cè)量，故無(wú)需游標(biāo)卡尺． (4)得出驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的結(jié)論應(yīng)為m1OP＝m1OM＋m2O′N. 4．氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)，可忽略滑塊與導(dǎo)軌表面間的阻力影響，現(xiàn)借助其探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置質(zhì)量均為m的A、B(圖中未標(biāo)出)兩滑塊，左側(cè)滑塊的左端、右側(cè)滑塊的右端分別與一條穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為f.氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后讓兩滑塊以大小不同的速度相向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．如圖3所示的甲和乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的、分別與兩個(gè)滑塊相連的兩條紙帶，在紙帶上以同間距的6個(gè)連續(xù)打點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別測(cè)出其長(zhǎng)度為s1、s2和s3. 圖3 (1)判斷氣墊導(dǎo)軌是否處于水平，下列措施可行的是________(填字母代號(hào))． A．將某個(gè)滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，看滑塊是否靜止 B．讓兩個(gè)滑塊相向運(yùn)動(dòng)，看是否在軌道的中點(diǎn)位置碰撞 C．給某個(gè)滑塊一個(gè)初速度，看滑塊是否做勻速直線運(yùn)動(dòng) D．測(cè)量氣墊導(dǎo)軌的兩個(gè)支架是否一樣高 (2)若碰前滑塊A的速度大于滑塊B的速度，則滑塊________(選填“A”或“B”)是與紙帶甲的________(選填“左”或“右”)端相連． (3)碰撞前A、B兩滑塊的動(dòng)量大小分別為_(kāi)_______、____________，實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證是否成立的表達(dá)式為_(kāi)_______(用題目所給的已知量表示)． 答案　(1)AC　(2)A　左　(3)0.2mfs1　0.2mfs3　0.2mf(s1－s3)＝0.4mfs2 解析　(1)判斷氣墊導(dǎo)體是否處于水平的措施是：將某個(gè)滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，看滑塊是否靜止；或者給某個(gè)滑塊一個(gè)初速度，看滑塊是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤． (2)因碰前A的速度大于B的速度，且碰后速度相同，A、B的速度相反，故根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知，甲中s1和s3是兩滑塊相碰前打出的紙帶，s2是相碰后打出的紙帶，所以滑塊A應(yīng)與甲紙帶的左側(cè)相連． (3)碰撞前兩滑塊的速度分別為：v1＝＝＝0.2s1f v2＝＝0.2s3f 碰撞后兩滑塊的共同速度： v＝＝0.2s2f 所以碰前兩滑塊動(dòng)量分別為： p1＝mv1＝0.2mfs1，p2＝mv2＝0.2mfs3， 總動(dòng)量為：p＝p1－p2＝0.2mf(s1－s3)； 碰后總動(dòng)量為：p′＝2mv＝0.4mfs2. 要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，則要驗(yàn)證： 0．2mf(s1－s3)＝0.4mfs2. 5．有甲、乙兩輛小車，質(zhì)量分別為m1＝302g、m2＝202g，甲小車拖有紙帶，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄它的運(yùn)動(dòng)情況，乙小車靜止在水平桌面上，甲小車以一定的速度向乙小車運(yùn)動(dòng)，與乙小車發(fā)生碰撞后兩車粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)．這個(gè)過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄的點(diǎn)跡如圖4所示，在圖上還標(biāo)出了用刻度尺量出的各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz. 圖4 (1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出：兩車碰撞過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間大約為_(kāi)_______s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)碰前甲車的動(dòng)量大小為_(kāi)_____kgm/s，碰后兩車的總動(dòng)量為_(kāi)_____ kgm/s；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)從上述實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？__________. 答案　(1)0.10　(2)0.202　0.203 (3)在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前、后兩車的總動(dòng)量保持不變 解析　本題通過(guò)分析紙帶來(lái)確定甲車速度的變化．從紙帶上0點(diǎn)開(kāi)始每0.02s內(nèi)甲車位移分別為13.2mm、13.5mm、13.5mm、12.6mm、11.7mm、10.8mm、9.9mm、9mm、8.1mm、8mm、8mm. (1)從以上數(shù)據(jù)可知從第3點(diǎn)到第8點(diǎn)是碰撞過(guò)程，則t＝50.02s＝0.10s. (2)碰撞前甲車的速度v1＝10－3m/s＝0.670 m/s，碰撞前甲車的動(dòng)量p1＝m1v1＝ 0.302kg0.670m/s≈0.202 kgm/s；碰撞后兩車的速度v2′＝v1′＝v′＝ 10－3m/s≈0.402 m/s，碰撞后兩車的總動(dòng)量p＝(m1＋m2)v′＝(0.302＋0.202) 0.402kgm/s≈0.203 kgm/s. (3)在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前、后兩車的總動(dòng)量保持不變． 6．如圖5所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和帶固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)： 圖5 (1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放一質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住A和B，在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(dòng)卡銷放開(kāi)，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A運(yùn)動(dòng)至C的時(shí)間t1，B運(yùn)動(dòng)至D的時(shí)間t2. (3)重復(fù)幾次取t1、t2的平均值． 請(qǐng)回答以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意____________________________________________________； (2)應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有__________________________________________________________； (3)作用前A、B兩滑塊的總動(dòng)量為_(kāi)_____________，作用后A、B兩滑塊的總動(dòng)量為_(kāi)_______________．(用測(cè)量的物理量符號(hào)和已知的物理量符號(hào)表示) 答案　(1)用水平儀測(cè)量并調(diào)試使得氣墊導(dǎo)軌水平 (2)A至C的距離L1、B至D的距離L2 (3)0　(M＋m)－M或M－(M＋m) 解析　(1)為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，必須使氣墊導(dǎo)軌水平，需要用水平儀加以調(diào)試． (2)要求出A、B兩滑塊在電動(dòng)卡銷放開(kāi)后的速度，需測(cè)出A至C的時(shí)間t1和B至D的時(shí)間t2，并且要測(cè)量出兩滑塊到兩擋板的運(yùn)動(dòng)距離L1和L2，再由公式v＝求出其速度． (3)設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA＝，vB＝－.作用前兩滑塊靜止，v＝0，動(dòng)量之和為0；作用后兩滑塊的動(dòng)量之和為(M＋m)－M.若設(shè)向右為正方向，同理可得作用后兩滑塊的總動(dòng)量之和為M－(M＋m). 7．某班物理興趣小組選用如圖6所示的裝置來(lái)“探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律”．將一段不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)小繩一端與力傳感器(可以實(shí)時(shí)記錄繩所受的拉力)相連固定在O點(diǎn)，另一端連接小鋼球A，把小鋼球拉至M處可使繩水平拉緊．在小鋼球最低點(diǎn)N右側(cè)放置一水平氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上放有小滑塊B(B上安裝寬度較小且質(zhì)量不計(jì)的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計(jì))．當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間. 圖6 某同學(xué)按上圖所示安裝氣墊導(dǎo)軌、滑塊B(調(diào)整滑塊B的位置使小鋼球自由下垂靜止在N點(diǎn)時(shí)與滑塊B接觸而無(wú)壓力)和光電門，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌高度，確保小鋼球A通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)恰好與滑塊B發(fā)生正碰．讓小鋼球A從某位置靜止釋放，擺到最低點(diǎn)N與滑塊B碰撞，碰撞后小鋼球A立即反向，碰撞時(shí)間極短． (1)為了完成實(shí)驗(yàn)，除了毫秒計(jì)讀數(shù)Δt、碰撞前瞬間繩的拉力F1、碰撞結(jié)束瞬間繩的拉力F2、滑塊B的質(zhì)量mB和遮光板寬度d外，還需要測(cè)量的物理量有________． A．小鋼球A的質(zhì)量mA B．繩長(zhǎng)L C．小鋼球從M到N運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 (2)滑塊B通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vB＝________.(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示) (3)實(shí)驗(yàn)中要驗(yàn)證的表達(dá)式是：______________________________________________________. (用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示) 答案　(1)AB　(2)　(3)＝＋mB 解析　滑塊B通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vB＝. 根據(jù)牛頓第二定律得：F1－mAg＝mA. F2－mAg＝mA. 由：mAv1＝mAv2＋mBvB 得：＝＋mB. 所以還需要測(cè)量小鋼球A的質(zhì)量mA以及繩長(zhǎng)L.