2018-2019学年人教版高二物理（选修3-5）同步练习卷：16.1 实验：探究碰撞中的不变量
文档属性
| 名称 | 2018-2019学年人教版高二物理（选修3-5）同步练习卷：16.1 实验：探究碰撞中的不变量 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 185.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-01-17 09:47:17 | ||
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文档简介
16.1 实验：探究碰撞中的不变量
1．若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验，下列操作正确的是
A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量
B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘合在一起
C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车
D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源
2．如图为课本参考案例二，则下列说法正确的是
A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C．两小球必须都是刚性球，且质量相同
D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动
3．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图所示。将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒。
（1）该同学还必须有的器材是 ；
（2）需要直接测量的数据是 ；
（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是 。
4．有甲、乙两辆小车，质量分别为m1=302 g、m2=202 g，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，跟乙小车发生碰撞后与乙小车粘合在一起共同运动。这个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为50 Hz。
（1）从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为_______ s；（结果保留两位有效数字）
（2）碰前甲车的质量与速度的乘积大小为______________ kg·m/s，碰后两车的质量与速度的乘积之和为____________ kg·m/s；（结果保留三位有效数字）
（3）从上述实验中能得出____________________________________________________________。
5．某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如下图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。
（1）木板的一端下边垫着小木片用以 。
（2）在实验中，需要的测量工具有 。
A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺
C．天平 D．螺旋测微器
（3）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量为m1=0.310 kg，小车B（包括撞针）的质量为m2=0.205 kg，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）
碰前两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s；
碰后两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s。
（4）结论： 。
6．A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短）。用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如图所示。已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0~80 cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A恰好通过x=55 cm处，滑块B恰好通过x=70 cm处，问：
（1）碰撞发生在何处？
（2）碰撞发生在第一次闪光后多长时间？
（3）设两滑块的质量之比为mA:mB=2:3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等？
7．某小组用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。装置固定在水平面上，圆弧形轨道下端切线水平。两球半径相同，两球与水平面的动摩擦因数相同。实验时，先测出A、B两球的质量，让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放，记下其在水平面上滑行距离的平均值，然后把球B静置于轨道下端水平部分，并将A从轨道上同一位置由静止释放，并与B相碰，重复多次。
（1）为确保实验中球A不反向运动，则应满足的关系是________________；
（2）写出实验中还需要测量的物理量及符号：____________；
（3）若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式：______________；
8．某同学用如图所示装置探究碰撞中的不变量，用轻质细线将小球1悬挂于O点，使小球1的球心到悬点O的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平桌面上。将小球1从右方的A点（OA与竖直方向的夹角为α）由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置，小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的D点。
（1）实验中已经测得上述物理量中的α、L、x，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有 （要求填写所测物理量的名称及符号）。
（2）请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1、小球2的动量: p1= ；p1'= ；p2= ；p2'= 。
（1）“探究碰撞中的不变量”的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图9.乙所示的方法。两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O、O′点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是
A．采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
B．采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
C．为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
D．为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
（2）在做“探究碰撞中的不变量”的实验中：如果采用（1）题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，则碰撞小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1:m2= 。
10.某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。
（1）木板的一端下边垫着小木片用以 。
（2）在实验中，需要的测量工具有 。
A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺 C．天平 D．螺旋测微器
（3）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量为m1=0.310 kg，小车B（包括撞针）的质量为m2=0.205 kg，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）
碰前两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s；碰后两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s。
（4）结论： 。
11.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通人压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图（b）所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
（1）下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通人压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先 ，然后 ，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图（c）所示：
⑧测得滑块1（包括撞针）的质量为310 g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205 g；试完善实验步骤⑥的内容。
（2）已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_________kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kg·m/s（保留三位有效数字）。
（3）试说明（2）问中两结果不完全相等的主要原因是 。
参考答案
1．BC
2．ABD
3．（1）刻度尺、天平 （2）两物体的质量和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离（3）s1s1=m2s2
4．（1）0.10 （2）0.204 0.202 （3）在误差允许范围内，两车的质量与速度的乘积之和保持不变，即m1v1=（m1＋m2）v′
5．（1）平衡摩擦力 （2）BC （3）0.620 0.618 （4）在实验误差范围内，辆小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变
6．（1）60 cm （2） （3）碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等
7．（1）mA>mB （2）需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离：xA、xB （3） （4）
8．（1）小球1的质量m1，小球2的质量m2，桌面高度h，OC与OB间的夹角β （2） 0
9.答案：（1）AD （2）4:1
10.答案：（1）平衡摩擦力 （2）BC （3）0.620 0.618 （4）在实验误差范围内，两小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变
11.答案：（1）接通打点计时器的电源 放开纸带 （2）0.620 0.618 （3）纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用
1．若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验，下列操作正确的是
A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量
B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘合在一起
C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车
D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源
2．如图为课本参考案例二，则下列说法正确的是
A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C．两小球必须都是刚性球，且质量相同
D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动
3．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图所示。将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒。
（1）该同学还必须有的器材是 ；
（2）需要直接测量的数据是 ；
（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是 。
4．有甲、乙两辆小车，质量分别为m1=302 g、m2=202 g，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，跟乙小车发生碰撞后与乙小车粘合在一起共同运动。这个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为50 Hz。
（1）从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为_______ s；（结果保留两位有效数字）
（2）碰前甲车的质量与速度的乘积大小为______________ kg·m/s，碰后两车的质量与速度的乘积之和为____________ kg·m/s；（结果保留三位有效数字）
（3）从上述实验中能得出____________________________________________________________。
5．某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如下图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。
（1）木板的一端下边垫着小木片用以 。
（2）在实验中，需要的测量工具有 。
A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺
C．天平 D．螺旋测微器
（3）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量为m1=0.310 kg，小车B（包括撞针）的质量为m2=0.205 kg，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）
碰前两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s；
碰后两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s。
（4）结论： 。
6．A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短）。用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如图所示。已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0~80 cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A恰好通过x=55 cm处，滑块B恰好通过x=70 cm处，问：
（1）碰撞发生在何处？
（2）碰撞发生在第一次闪光后多长时间？
（3）设两滑块的质量之比为mA:mB=2:3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等？
7．某小组用如图所示的装置探究碰撞中的不变量。装置固定在水平面上，圆弧形轨道下端切线水平。两球半径相同，两球与水平面的动摩擦因数相同。实验时，先测出A、B两球的质量，让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放，记下其在水平面上滑行距离的平均值，然后把球B静置于轨道下端水平部分，并将A从轨道上同一位置由静止释放，并与B相碰，重复多次。
（1）为确保实验中球A不反向运动，则应满足的关系是________________；
（2）写出实验中还需要测量的物理量及符号：____________；
（3）若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式：______________；
8．某同学用如图所示装置探究碰撞中的不变量，用轻质细线将小球1悬挂于O点，使小球1的球心到悬点O的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平桌面上。将小球1从右方的A点（OA与竖直方向的夹角为α）由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置，小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的D点。
（1）实验中已经测得上述物理量中的α、L、x，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有 （要求填写所测物理量的名称及符号）。
（2）请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1、小球2的动量: p1= ；p1'= ；p2= ；p2'= 。
（1）“探究碰撞中的不变量”的实验装置原来的教科书采用图甲所示的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图9.乙所示的方法。两个实验装置的区别在于：①悬挂重垂线的位置不同；②图甲中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上；上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下），图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O、O′点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是
A．采用图甲所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
B．采用图乙所示的实验装置时，需要测出两小球的直径
C．为了减小误差，采用图甲所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
D．为了减小误差，采用图乙所示的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑
（2）在做“探究碰撞中的不变量”的实验中：如果采用（1）题图乙所示装置做实验，某次实验得出小球的落点情况如图丙所示，图中数据单位统一，假设碰撞动量守恒，则碰撞小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1:m2= 。
10.某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz。
（1）木板的一端下边垫着小木片用以 。
（2）在实验中，需要的测量工具有 。
A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺 C．天平 D．螺旋测微器
（3）已测得小车A（包括橡皮泥）的质量为m1=0.310 kg，小车B（包括撞针）的质量为m2=0.205 kg，由以上测量可得：（结果保留三位有效数字）
碰前两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s；碰后两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s。
（4）结论： 。
11.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通人压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图（b）所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。
（1）下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通人压缩空气；
③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；
④滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；
⑥先 ，然后 ，让滑块带动纸带一起运动；
⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图（c）所示：
⑧测得滑块1（包括撞针）的质量为310 g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205 g；试完善实验步骤⑥的内容。
（2）已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_________kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kg·m/s（保留三位有效数字）。
（3）试说明（2）问中两结果不完全相等的主要原因是 。
参考答案
1．BC
2．ABD
3．（1）刻度尺、天平 （2）两物体的质量和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离（3）s1s1=m2s2
4．（1）0.10 （2）0.204 0.202 （3）在误差允许范围内，两车的质量与速度的乘积之和保持不变，即m1v1=（m1＋m2）v′
5．（1）平衡摩擦力 （2）BC （3）0.620 0.618 （4）在实验误差范围内，辆小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变
6．（1）60 cm （2） （3）碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等
7．（1）mA>mB （2）需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离：xA、xB （3） （4）
8．（1）小球1的质量m1，小球2的质量m2，桌面高度h，OC与OB间的夹角β （2） 0
9.答案：（1）AD （2）4:1
10.答案：（1）平衡摩擦力 （2）BC （3）0.620 0.618 （4）在实验误差范围内，两小车的质量和速度的乘积（mv）在碰撞中总量保持不变
11.答案：（1）接通打点计时器的电源 放开纸带 （2）0.620 0.618 （3）纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用