课件36张PPT。目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导目标导航预习引导问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测问题导学当堂检测1 2 3 4 5问题导学当堂检测1 2 3 4 51 2 3 4 5问题导学当堂检测1 2 3 4 5问题导学当堂检测1 2 3 4 5问题导学当堂检测课时训练1 实验:探究碰撞中的不变量
一、非标准
1.如图所示,球m1从斜槽某一高度由静止滚下,落到水平面上的P点。今在槽口末端放一与m1半径相同的球m2,仍让球m1从斜槽滚下,并与球m2正碰后使两球落地,球m1和m2的落地点分别是M、N。已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点。则实验必须满足的条件是( )
A.轨道末端的切线必须是水平的
B.斜槽轨道必须光滑
C.m1=m2
D.m1答案:A
解析:轨道末端水平可以保证小球做平抛运动,故A项正确。斜槽是否光滑对实验几乎无影响,但质量m1应大于m2,否则入射球会反弹,从而引起较大的误差,故B、C、D项错误。
2.(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,哪些因素可导致实验误差偏大( )
A.导轨安放不水平 B.小车上挡光板倾斜
C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起
答案:AB
解析:导轨不水平,小车速度将会受重力影响;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移,导致速度计算出现误差。
3.“探究碰撞中的不变量”的实验中,入射小球m1=15 g,原来静止的被碰小球m2=10 g,由实验测得它们在碰撞前后的xt图象如图所示,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 。由此得出结论 。?
答案:0.015 kg·m/s 0.007 5 kg·m/s
0.007 5 kg·m/s 碰撞中mv的矢量和是守恒量
解析:由xt图象可知,入射小球的速度v1=1 m/s,碰后速度变为v1'=0. 5 m/s,被碰小球的速度变为v2'=0.75 m/s,故m1v1=0.015 kg·m/s,
m1v1'=0.007 5kg·m/s,
m2v2'=0.007 5 kg·m/s,
可知,m1v1=m1v1'+m2v2',即碰撞前后mv的矢量和守恒。
4.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。左、右挡光片通过光电门的时间分别为Δt1=0.32 s、Δt2=0.21 s。取向左为正方向,则两滑块的速度分别为v1'= m/s,v2'= m/s。烧断细线前m1v1+m2v2= kg·m/s,烧断细线后m1v1'+m2v2'= kg·m/s。可得到的结论是 。?
答案:0.094 -0.143 0 2.5×10-4 kg·m/s 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
解析:取向左方向为正方向,两滑块速度
v1'= m/s≈0.094 m/s,
v2'= m/s≈-0.143 m/s。
烧断细线前m1v1+m2v2=0
烧断细线后m1v1'+m2v2'=(0.170×0.094-0.110×0.143) kg·m/s≈2.5×10-3 kg·m/s,在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
5.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,也可以探究mv2这个量(对应于动能)的变化情况。
(1)若采用弓形弹片弹开静止的两滑块的方案如图甲所示,弹开后的mv2的总量 (选填“大于”“小于”或“等于”)弹开前mv2的总量,这是因为 。?
(2)若采用乙图的方案,碰撞前mv2的总量 (选填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量。说明该碰撞中,存在 损失。?
答案:(1)大于 弓形弹片将弹性势能转化为两滑块的动能 (2)大于 机械能(或动能)
6.如图甲所示,在水平光滑轨道上停着A、B两辆实验小车,A车上系有一穿过打点计时器的纸带。当A车获得水平向右的速度时,随即启动打点计时器,A车运动一段距离后,与静止的B车发生正碰并连在一起运动。纸带记录下碰撞前A车和碰撞后两车的运动情况,如图乙所示。打点计时器电源频率为50 Hz,则碰撞前A车速度大小为 m/s,碰撞后的共同速度大小为 m/s。如果已知碰撞过程中mv是不变量,则可求得mA∶mB= 。?
答案:0.60 0.40 2∶1
解析:由纸带上点迹位置可知,前两段间隔均为1.20 cm,最后两段间隔均为0.80 cm,故小车均做匀速运动,碰前速度v= m/s=0.60 m/s,碰后速度v'= m/s=0.40 m/s。因mAv=(mA+mB)v',故mA∶mB=2∶1。
7.某同学把两块质量不同的铁块用细线连接,中间夹一被压缩了的弹簧,如图所示。将这一系统置于光滑水平桌面上,烧断细线,观察物体的运动情况,进行必要的测量,来探究物体间相互作用时的不变量。
(1)该同学还必须准备的器材是 。?
(2)需要直接测量的数据是 。?
(3)用所得数据验证物体间相互作用时的不变量的关系式是 。?
答案:(1)刻度尺、天平
(2)两铁块的质量m1、m2和两铁块落地点到桌边的水平距离x1、x2
(3)m1x1=m2x2
解析:本题为设计性实验,在细线烧断瞬间,在弹簧弹力的作用下两铁块m1、m2分别被弹出桌面做平抛运动,抛出时速度不易直接测量,但可以测量两铁块落点距抛出点的水平距离,故实验器材应有刻度尺、天平。
设落地时间为t,用天平测出两铁块质量分别为m1、m2,用刻度尺测出落点距抛出点的水平距离分别为x1、x2,则m1v1=m1,m2v2=m2,若能求得m1x1=m2x2即推知m1v1=m2v2的等量关系。
8.如图所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通过仅测量 (填选项前的符号),间接地解决这个问题。?
A.小球开始释放时高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的射程
(2)上图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP。然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。
接下来要完成的必要步骤是 。(填选项前的符号)?
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量小球m1开始释放时高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM,ON
(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 (用(2)中测量的量表示)。?
(4)经测定,m1=45. 0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'= ∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶ 。?
实验结果说明,碰撞前、后总动量的比值为 。?
(5)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(4)中已知的数据,分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为 cm。?
答案:(1)C
(2)ADE或DEA或DAE
(3)m1·OM+m2·ON=m1·OP
(4)14 2.9 1.01
(5)76.8
解析:(1)小球离开轨道后做平抛运动,由H=gt2知 t=,即小球的下落时间一定,则初速度v=可用平抛运动的水平射程来表示,选项C正确。
(2)本实验要验证的是m1·OM+ m2·ON=m1·OP,因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON,而要确定水平射程,应先分别确定两个小球落地的平均落点,没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的高度H。故应完成的步骤是ADE或DEA或DAE。
(3)若动量守恒,应有m1·v1+ m2·v2=m1·v0(v0是m1单独下落时离开轨道时的速度,v1、v2是两球碰后m1、m2离开轨道时的速度),又v=,则有m1·+m2·=m1·,即m1·OM+m2·ON=m1·OP。
(4)碰前m1的动量p1=m1v0=m1·,碰后m1的动量p1'=m1v1=m1·,则p1∶p1'=OP∶OM=14∶11;碰后m2的动量p2'=m2v2=m2·,所以p1'∶p2'=m1·OM∶m2·ON=11∶2.9;碰撞前、后总动量的比值=1.01。
(5)仅更换两个小球的材质时,碰撞中系统机械能的损失会发生变化,当碰撞为弹性碰撞时,被碰小球获得的速度最大,平抛运动的射程就越大。由m1·OM+ m2·ON= m1·OP和m1·OM2+ m2·ON2=m1·OP2可得ON=OP,代入数据可得ON=76.8 cm。
