高二物理課件 16.1 《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》 （人教選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 考查實(shí)驗(yàn)原理歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力 例證1 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10Hz 開始時(shí)兩個(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200g 300g 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)中得出的結(jié)論是 標(biāo)準(zhǔn)解答 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 09m s v B 0 06m s mAv A 0 2 0 09kg m s 0 018kg m smBv B 0 3 0 06kg m s 0 018kg m s由此可得 mAv A mBv B 即0 mBv B mAv A結(jié)論是 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 考查分析初末狀態(tài)探究不變量的能力 例證2 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證碰撞過程中的不變量的實(shí)驗(yàn) 在小車A的前端粘有橡皮泥 使小車A做勻速直線運(yùn)動(dòng) 然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體 繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng) 他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示 在小車A后連著紙帶 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz 長(zhǎng)木板右端下部墊著小木片 圖中未畫出 用以平衡摩擦力 1 若已得到打點(diǎn)紙帶如圖所示 并把測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上 A點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn) 則應(yīng)選 段來計(jì)算小車A的碰前速度 應(yīng)選 段來計(jì)算小車A和小車B碰后的共同速度 以上兩空選填 AB BC CD 或 DE 2 已測(cè)得小車A的質(zhì)量mA 0 40kg 小車B的質(zhì)量mB 0 20kg 由以上測(cè)量結(jié)果可得 碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 標(biāo)準(zhǔn)解答 1 小車A碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng) 打出紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的 故計(jì)算小車碰前速度應(yīng)選BC段 CD段上所打的點(diǎn)由稀變密 可見在CD段A B兩小車相互碰撞 A B碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng) 所以打出的點(diǎn)又是間距均勻的 故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后速度 2 碰撞前后 碰前 mAvA mBvB 0 40 1 05kg m s 0 42kg m s 碰后 mAvA mBvB mA mB v 0 60 0 695kg m s 0 417kg m s 答案 1 BCDE 2 0 420 417 一 選擇題1 在做用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行碰撞驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)時(shí) 不需要測(cè)量的物理量是 A 滑塊的質(zhì)量B 擋光時(shí)間C 擋光片的寬度D 光電門的高度 解析 選D 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知 滑塊的質(zhì)量 擋光時(shí)間 擋光片的寬度都是需要測(cè)量的物理量 其中滑塊的質(zhì)量用天平測(cè)量 擋光時(shí)間用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量 擋光片的寬度可事先用刻度尺測(cè)量 只有光電門的高度不需要測(cè)量 只要能與擋光片在同一高度即可 故選D 2 在做利用懸線懸掛等大的小球探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)中 下列說法正確的是 A 懸掛兩球的細(xì)線長(zhǎng)度要適當(dāng)且等長(zhǎng)B 由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度C 兩小球必須都是剛性球且質(zhì)量相同D 兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng) 解析 選A B D 兩繩等長(zhǎng)能保證兩球正碰 也就是對(duì)心碰撞 以減小實(shí)驗(yàn)誤差 所以A正確 由于計(jì)算碰撞前速度時(shí)用到了即初速度為0時(shí)碰前的速度為B正確 本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小球的材質(zhì)性能無要求 C錯(cuò)誤 兩球正碰后 有各種運(yùn)動(dòng)情況 所以D正確 3 2011 蘇州高二檢測(cè) 若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn) 下列操作正確的是 A 相互作用的兩車上 一個(gè)裝上撞針 一個(gè)裝上橡皮泥 是為了改變兩車的質(zhì)量B 相互作用的兩車上 一個(gè)裝上撞針 一個(gè)裝上橡皮泥 是為了碰撞后粘在一起C 先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 再釋放拖動(dòng)紙帶的小車D 先釋放拖動(dòng)紙帶的小車 再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 解析 選B C 相互作用的兩車上 一個(gè)裝上撞針 一個(gè)裝上橡皮泥 是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運(yùn)動(dòng) 這種情況能得到能量損失很大的碰撞 A錯(cuò) 應(yīng)當(dāng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 再釋放拖動(dòng)紙帶的小車 否則因運(yùn)動(dòng)距離較短 小車釋放以后再打開電源不容易得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 故D錯(cuò) B C正確 4 對(duì)于實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 下列說法正確的是 A 僅限于一維碰撞B 任何情況下m1v12 m2v22 m1v1 2 m2v2 2也一定成立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)的質(zhì)量與速度乘積之和 解析 選A D 這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在一維情況下設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn) 其他情況未做探究 系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前后為不變量是實(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 5 在 探究碰撞中的不變量 的實(shí)驗(yàn)中 為了順利地完成實(shí)驗(yàn) 拉起球質(zhì)量為m1 被碰球質(zhì)量為m2 二者關(guān)系應(yīng)是 A m1 m2B m1 m2C m1 m2D 以上三個(gè)關(guān)系都可以 解析 選D 這個(gè)實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn) 目的就是讓同學(xué)們探究在不同情況下的不變量 A B C三種關(guān)系也是需要同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)真探究的內(nèi)容 是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究的不同情況 是正確的 故選項(xiàng)D正確 6 2011 泰安高二檢測(cè) 在光滑水平桌面上有兩個(gè)小球 甲球的質(zhì)量為2kg 乙球的質(zhì)量為1kg 甲球以4m s的速度和原來靜止的乙球發(fā)生對(duì)心碰撞 則下列說法正確的是 A 碰撞后甲球的速度為零 乙球的速度為8m s 方向與甲球原來的速度方向相同B 碰撞后甲球的速度一定變小C 僅根據(jù)上述條件無法求出碰撞后兩球的速度大小D 以上說法均不正確 解析 選B C 根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論 碰撞前后兩球質(zhì)量與其速度的乘積相等 乙球一定獲得一定的速度 具有動(dòng)能 并且碰撞前后有能量損失 可以得出碰撞后甲球的速度一定減小 但僅根據(jù)上述條件是無法求出碰撞后兩球的速度大小的 故選項(xiàng)B C正確 二 非選擇題7 某同學(xué)用如圖所示裝置通過半徑相同的A B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量 圖中PQ是斜槽 QR為水平槽 實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下 落到位于水平地面的記錄紙上 留下痕跡 重復(fù)上述操作10次 得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡 再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方 讓A球仍從位置G由靜止開始滾下 和B球碰撞后 A B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡 重復(fù)這種操作10次 圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn) B球落點(diǎn)痕跡如圖所示 其中厘米刻度尺水平放置 且平行于G R O所在的平面 厘米刻度尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊 1 碰撞后B球的水平射程應(yīng)取 cm 2 在以下選項(xiàng)中 本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量是 A 水平槽上未放B球時(shí) 測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離B 測(cè)量A球與B球碰撞后 A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離C 測(cè)量A球與B球的質(zhì)量D 測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度 解析 1 題圖中畫出了B球的10個(gè)落點(diǎn)位置 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)取平均位置 方法是 用最小的圓將所有點(diǎn)圈在里面 圓心位置即為落點(diǎn)平均位置 找準(zhǔn)平均位置 讀數(shù)時(shí)應(yīng)在刻度尺的最小刻度后面再估讀一位 答案為64 7cm 64 2cm到65 2cm的范圍內(nèi)都正確 2 本實(shí)驗(yàn)把被碰小球放在靠近槽末端的地方 使得被碰小球B和入射小球A都從O點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng) 且兩球平拋時(shí)間相同 若以平拋時(shí)間為單位時(shí)間 則平拋的水平距離在數(shù)值上等于平拋初速度 設(shè)A未碰B 平拋水平位移為xA A B相碰 后 A B兩球的水平位移分別為xA xB A B質(zhì)量分別為mA mB 則碰前 mAxA 碰后mAxA mBxB 要驗(yàn)證mv的矢量和在碰撞中是否守恒 即驗(yàn)證以上兩式中質(zhì)量與位移的乘積之和是否相等 故該實(shí)驗(yàn)應(yīng)測(cè)量的物理量有 mA mB xA xA xB 選項(xiàng)A B C正確 答案 1 64 7 64 2 65 2都正確 2 A B C 8 探究創(chuàng)新 如圖所示 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(shí)驗(yàn) 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(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 同時(shí)啟動(dòng)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分別碰撞時(shí) 電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表 記下A至C運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1 B至D運(yùn)動(dòng)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)問題 在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意 應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有 作用前A B兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為 作用后A B兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為 解析 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 要求出A B兩滑塊在電動(dòng)卡銷放開后的速度 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)量出兩滑塊分別到擋板的距離L1和L2 再由公式求出其速度 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碰前兩滑塊靜止 即v 0 質(zhì)量與速度乘積之和為0 碰后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和為 答案 用水平儀測(cè)得導(dǎo)軌水平 A至C的距離L1 B至D的距離L2 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全