第一章 探究碰撞中的不变量实验 强化训练word版含答案
文档属性
| 名称 | 第一章 探究碰撞中的不变量实验 强化训练word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 217.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-04-25 11:06:10 | ||
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文档简介
高中物理教科版 选修3-5
探究碰撞中的不变量实验 强化训练
1．在用气垫导轨进行验证实验时，首先应该做的是( )
A．给气垫导轨通气
B．对光电计时器进行归零处理
C．把滑块放到导轨上
D．检验挡光片通过光电门时是否能够挡光计时
【答案】A 解析：为保护气垫导轨，在一切实验步骤进行之前，首先应该给气垫导轨通气．
2．(多选)光滑水平面上的两球做相向的运动，发生正碰后两球均变为静止，于是可以判定( )
A．两球碰撞前质量与速度的乘积mv大小一定相等
B．两球的质量相等
C．两球在撞击中机械能有损失
D．两球碰撞前的速率一定相等
【答案】AC 解析：因为碰撞后m1v1′＋m2v2′＝0，则碰撞前m1v1＋m2v2＝0，即m1v1＝－m2v2，它们的大小相等，故A正确；因为与两球的质量和速率无关，故B、D错；碰撞前的动能不为零而碰撞后的动能为零，故C正确．
3．(多选)若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验时，下列哪些操作是正确的( )
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，是为了碰撞后粘在一起
C．先接通打点计时器电源，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
【答案】BC 解析：没有必要一个用撞针而另一个用橡皮泥配重，这样做的目的是为了碰撞后粘在一起有共同速度，便于测量碰后的速度，选项B正确；打点计时器的使用原则是先接通电源，C项正确．
4．(多选)下列关于“探究碰撞中的不变量”实验叙述中正确的是( )
A．实验中探究不变量的对象是相互碰撞的两个物体组成的系统
B．实验对象在碰撞过程中存在内部相互作用的力，但外界对实验对象的合力为零
C．物体的碰撞过程，就是机械能的传递过程，可见，碰撞过程中的不变量就是机械能
D．利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，导轨必须保持水平状态
E．两个物体碰撞前要沿同一直线，碰撞后可不沿同一直线运动
【答案】ABD 解析：实验的形式可以改变，但是“探究碰撞中的不变量”实验研究的始终是两个相互碰撞的物体组成的整体系统．在此过程中，摩擦力为0，整体外力合力为0，故A、B正确；“探究碰撞中的不变量”实验为验证动量守恒定律，所以碰撞中守恒的是动量，不是机械能，故C错误；利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，为准确测量，导轨必须保持水平状态，故D正确；保证两物体发生的是一维碰撞，两物体碰撞前后要沿同一直线运动，故E错误．
5．(2017临沭名校月考)如图所示，M、N和P为“验证动量守恒定律”实验中小球的落点．已知入射球质量为m1，被碰球质量为m2，如果碰撞中动量守恒，则有( )
A．m1·(－)＝m2·
B．m1·(－)＝m2·
C．m1·(＋)＝m2·
D．m1·＝m2·(＋)
【答案】B 解析：不放被碰小球时，落点为P，则水平位移为OP；放上被碰小球后小球a、b的落地点依次是图中水平面上的M点和N点，则水平位移为OM和O′N；碰撞过程中，如果水平方向动量守恒，由动量守恒定律得m1v1＝m1v1′＋m2v2，小球做平抛运动时抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间t相等，两边同时乘以时间t，m1v1t＝m1v1′t＋m2v2t，得m1＝m1＋m2；变形可得：m1·(－)＝m2·.故B正确，A、C、D错误．
6．(多选)(2018浙江模拟)如图是教材中实验“探究碰撞中的不变量”推荐的参考案例一．则下列判断正确的是( )
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电计时装置可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
【答案】ABC 解析：利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零，故A正确；利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的，故B正确；利用光电计时装置可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度，故C正确；该过程中两滑块的碰撞不是弹性碰撞，故动能有所损失，即碰撞过程中，两滑块的动能和减小，故D错误．
能力提升
7．如图(a)所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车固定一穿过打点计时器的纸带，先启动打点计时器，然后给甲车一个水平向右的瞬时力，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况如图(b)所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为________m/s，碰撞后的共同速度大小为________m/s.
【答案】0.6 0.4 解析：由图知开始在0.02 s内位移约为1.2×10－2 m，故碰前速度v1＝ m/s＝0.6 m/s.碰后在0.02 s 内位移约为0.8×10－2 m，故碰后速度v2＝ m/s＝0.4 m/s.
8．为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相机每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略．如图所示，已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后．A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10～105 cm这段范围内运动(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？
(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后各自的质量与速度的乘积和是不是不变量？
解：由图分析可知，
(1)碰撞后
从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1＝＝ s＝0.2 s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2＝(0.4－0.2) s＝0.2 s，则碰撞前B物体的速度为vB＝＝ m/s＝1.0 m/s，由题意得vA＝0.
(2)碰撞前：mAvA＋mBvB＝1.5mA，碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75mA＋0.75mA＝1.5mA，所以mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′，即碰撞前后两个物体各自的质量与速度的乘积之和是不变量．
9．某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量．图中PQ是斜槽，QR是水平槽．实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次．图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐．
甲 乙
(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.
(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量( )
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
D．测量G点相对于水平槽面的高度
【答案】(1)64.7 (2)ABC 解析：(1)A球与B球碰后都做平抛运动，高度相同，在空中运动时间都相同，水平射程与其速度成正比．而水平射程是将10个落点用尽量小的圆圈起来，其圆心即为落点．从尺上读数就可读出64.7 cm.
(2)由于B球是放在水平槽上，所以A、B两球的水平射程的起点都是O点，应选A、B两项．设没放B球时，A球落点为M，由动量守恒定律得mA＝mA＋mB，需要测量A、B两球的质量，应选C．
10．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，气垫导轨装置如图甲所示，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入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图乙所示，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．
甲 乙
丙 丁
(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向气垫导轨通入压缩空气；
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和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使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)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丁所示；
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤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3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：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
【答案】(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1
(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦
解析：作用前滑块1的速度v1＝ m/s＝2 m/s，其质量与速度的乘积为0.31 kg×2 m/s＝0.620 kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝ m/s＝1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg＋0.205 kg)×1.2 m/s＝0.618 kg·m/s.
探究碰撞中的不变量实验 强化训练
1．在用气垫导轨进行验证实验时，首先应该做的是( )
A．给气垫导轨通气
B．对光电计时器进行归零处理
C．把滑块放到导轨上
D．检验挡光片通过光电门时是否能够挡光计时
【答案】A 解析：为保护气垫导轨，在一切实验步骤进行之前，首先应该给气垫导轨通气．
2．(多选)光滑水平面上的两球做相向的运动，发生正碰后两球均变为静止，于是可以判定( )
A．两球碰撞前质量与速度的乘积mv大小一定相等
B．两球的质量相等
C．两球在撞击中机械能有损失
D．两球碰撞前的速率一定相等
【答案】AC 解析：因为碰撞后m1v1′＋m2v2′＝0，则碰撞前m1v1＋m2v2＝0，即m1v1＝－m2v2，它们的大小相等，故A正确；因为与两球的质量和速率无关，故B、D错；碰撞前的动能不为零而碰撞后的动能为零，故C正确．
3．(多选)若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验时，下列哪些操作是正确的( )
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，是为了碰撞后粘在一起
C．先接通打点计时器电源，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
【答案】BC 解析：没有必要一个用撞针而另一个用橡皮泥配重，这样做的目的是为了碰撞后粘在一起有共同速度，便于测量碰后的速度，选项B正确；打点计时器的使用原则是先接通电源，C项正确．
4．(多选)下列关于“探究碰撞中的不变量”实验叙述中正确的是( )
A．实验中探究不变量的对象是相互碰撞的两个物体组成的系统
B．实验对象在碰撞过程中存在内部相互作用的力，但外界对实验对象的合力为零
C．物体的碰撞过程，就是机械能的传递过程，可见，碰撞过程中的不变量就是机械能
D．利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，导轨必须保持水平状态
E．两个物体碰撞前要沿同一直线，碰撞后可不沿同一直线运动
【答案】ABD 解析：实验的形式可以改变，但是“探究碰撞中的不变量”实验研究的始终是两个相互碰撞的物体组成的整体系统．在此过程中，摩擦力为0，整体外力合力为0，故A、B正确；“探究碰撞中的不变量”实验为验证动量守恒定律，所以碰撞中守恒的是动量，不是机械能，故C错误；利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，为准确测量，导轨必须保持水平状态，故D正确；保证两物体发生的是一维碰撞，两物体碰撞前后要沿同一直线运动，故E错误．
5．(2017临沭名校月考)如图所示，M、N和P为“验证动量守恒定律”实验中小球的落点．已知入射球质量为m1，被碰球质量为m2，如果碰撞中动量守恒，则有( )
A．m1·(－)＝m2·
B．m1·(－)＝m2·
C．m1·(＋)＝m2·
D．m1·＝m2·(＋)
【答案】B 解析：不放被碰小球时，落点为P，则水平位移为OP；放上被碰小球后小球a、b的落地点依次是图中水平面上的M点和N点，则水平位移为OM和O′N；碰撞过程中，如果水平方向动量守恒，由动量守恒定律得m1v1＝m1v1′＋m2v2，小球做平抛运动时抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间t相等，两边同时乘以时间t，m1v1t＝m1v1′t＋m2v2t，得m1＝m1＋m2；变形可得：m1·(－)＝m2·.故B正确，A、C、D错误．
6．(多选)(2018浙江模拟)如图是教材中实验“探究碰撞中的不变量”推荐的参考案例一．则下列判断正确的是( )
A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零
B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的
C．利用光电计时装置可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度
D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变
【答案】ABC 解析：利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零，故A正确；利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的，故B正确；利用光电计时装置可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度，故C正确；该过程中两滑块的碰撞不是弹性碰撞，故动能有所损失，即碰撞过程中，两滑块的动能和减小，故D错误．
能力提升
7．如图(a)所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车固定一穿过打点计时器的纸带，先启动打点计时器，然后给甲车一个水平向右的瞬时力，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况如图(b)所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车速度大小为________m/s，碰撞后的共同速度大小为________m/s.
【答案】0.6 0.4 解析：由图知开始在0.02 s内位移约为1.2×10－2 m，故碰前速度v1＝ m/s＝0.6 m/s.碰后在0.02 s 内位移约为0.8×10－2 m，故碰后速度v2＝ m/s＝0.4 m/s.
8．为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相机每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略．如图所示，已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后．A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10～105 cm这段范围内运动(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？
(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后各自的质量与速度的乘积和是不是不变量？
解：由图分析可知，
(1)碰撞后
从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1＝＝ s＝0.2 s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2＝(0.4－0.2) s＝0.2 s，则碰撞前B物体的速度为vB＝＝ m/s＝1.0 m/s，由题意得vA＝0.
(2)碰撞前：mAvA＋mBvB＝1.5mA，碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75mA＋0.75mA＝1.5mA，所以mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′，即碰撞前后两个物体各自的质量与速度的乘积之和是不变量．
9．某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量．图中PQ是斜槽，QR是水平槽．实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次．图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点．B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐．
甲 乙
(1)碰撞后B球的水平射程应取为________cm.
(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量( )
A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
C．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
D．测量G点相对于水平槽面的高度
【答案】(1)64.7 (2)ABC 解析：(1)A球与B球碰后都做平抛运动，高度相同，在空中运动时间都相同，水平射程与其速度成正比．而水平射程是将10个落点用尽量小的圆圈起来，其圆心即为落点．从尺上读数就可读出64.7 cm.
(2)由于B球是放在水平槽上，所以A、B两球的水平射程的起点都是O点，应选A、B两项．设没放B球时，A球落点为M，由动量守恒定律得mA＝mA＋mB，需要测量A、B两球的质量，应选C．
10．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，气垫导轨装置如图甲所示，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入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图乙所示，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．
甲 乙
丙 丁
(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向气垫导轨通入压缩空气；
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和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使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)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丁所示；
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤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3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：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
【答案】(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1
(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦
解析：作用前滑块1的速度v1＝ m/s＝2 m/s，其质量与速度的乘积为0.31 kg×2 m/s＝0.620 kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝ m/s＝1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg＋0.205 kg)×1.2 m/s＝0.618 kg·m/s.