2019-2020学年人教新课标选修3-5 16.1实验探究碰撞中的不变量 达标作业（解析版)

16.1实验探究碰撞中的不变量
达标作业（解析版)
1．以下四幅图所反映的物理过程说法正确的是（ ）
A．图甲中子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒，能量不守恒
B．图乙中M、N两木块放在光滑的水平面上，剪断束缚M、N两木块之间的细线，在弹簧恢复原长的过程中，M、N与弹簧组成的系统动量守恒，机械能增加
C．图丙中细线断裂后，木球和铁球在水中运动的过程，两球组成的系统动量守恒，机械能不守恒
D．图丁中木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑，木块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒，机械能一定守恒
2．一子弹从水平方向飞来打穿一放在光滑的水平面上的木块。关于此过程，对子弹和木块组成的系统，以下看法正确的是（　　）
A．动量守恒，机械能守恒
B．动量守恒，机械能不守恒
C．动量不守恒，机械能守恒
D．动量不守恒，机械能不守恒
3．如图所示，在光滑水平面上有一静止的小车，用线系一小球，将球拉开后放开，球放开时小车保持静止状态，当小球落下以后与固定在小车上的油泥沾在一起，则从此以后，关于小车的运动状态是 （ ）
A．静止不动 B．向右运动 C．向左运动 D．无法判断
4．某同学频闪照相和气垫导轨验证动量守恒定律，现用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g，接着安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平．然后向气垫导轨通入压缩空气，再把A、B两滑块放到导轨上，分别给它们初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为.如图所示是闪光4次拍摄得到的照片，其间A、B两滑块均在0~80cm刻度范围内．第一次闪光时，滑块B恰好通过x=55cm处，滑块A恰好通过x=70cm，碰撞后滑块A静止．关于该实验，下列判断正确的是____________．
A．两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1s
B．碰撞前A的速度大小是0.5m/s
C．碰撞前B的速度大小是1.0m/s
D．实验结果表明，碰撞前后系统动量守恒
5．如图所示，运动员挥拍将质量为m的网球击出．如果网球被球拍击打前、后瞬间速度的大小分别为v1、v2，v1与v2方向相反，且v2＞v1．重力影响可忽略，则此过程中球拍对网球作用力的冲量
A．大小为m(v2＋v1)
B．大小为m(v2－v1)
C．方向与v1方向相同
D．方向与v2方向相同
6．分析下列情况中系统的动量是否守恒 （ ）
A．如图2所示，小车停在光滑水平面上，人在车上走动时，对人与车组成的系统
B．子弹射入放在光滑水平面上的木块中对子弹与木块组成的系统(如图3)
C．子弹射入紧靠墙角的木块中，对子弹与木块组成的系统
D．斜向上抛出的手榴弹在空中炸开时
7．如图，两物体A、B用轻质弹簧相连，静止在光滑水平面上，现同时对A、B两物体施加等大反向的水平恒力F1、F2，使A、B同时由静止开始运动，在弹簧由原长伸到最长的过程中，对A、B两物体及弹簧组成的系统，正确的说法是（ ）
A．A、B先做变加速运动，当F1、F2和弹力相等时，A、B的速度最大；之后，A、B做变减速运动，直至速度减到零
B．A、B做变减速运动速度减为零时，弹簧伸长最长，系统的机械能最大
C．A、B、弹簧组成的系统机械能在这一过程中是先增大后减小
D．因F1、F2等值反向，故A、B、弹簧组成的系统的动量守恒
8．如图所示，在粗糙水平面上，用水平轻绳连接的两个材料相同的物体A、B，质量均为m在水平恒力的作用下以速度v做匀速运动，在t=0时轻绳断开，在F作用下继续前进，则下列说法正确的是（ ）
A．至时间内，A、B的总动量守恒
B．时，A的动量为2mv
C． 至时间内，A、 B的总动量不守恒
D．时，A的动量为2mv
9．如图所示，在光滑的水平面上有一静止的斜面，斜面光滑，现有一个小球从斜面顶点由静止释放，在小球下滑的过程中，以下说法正确的是（ ）
A．斜面和小球组成的系统动量守恒
B．斜面和小球组成的系统仅在水平方向上动量守恒
C．斜面向右运动
D．斜面静止不动
10．如图所示，木块B与水平弹簧相连放在光滑水平面上，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块B内，入射时间极短，下列说法正确的是（ ）
A．子弹射入木块的过程中，子弹与木块组成的系统动量守恒
B．子弹射入木块的过程中，子弹与木块组成的系统机械能守恒
C．木块压缩弹簧的过程中，子弹、木块与弹簧组成的系统动量守恒
D．木块压缩弹簧的过程中，子弹、木块与弹簧组成的系统机械能守恒
11．如图，竖直固定轨道abcd段光滑，长为L=1．0m的平台de段粗糙，abc段是以O为圆心的圆弧．小球A和B紧靠一起静止于e处，B的质量是A的4倍．两小球在内力作用下突然分离，A分离后向左始终沿轨道运动, 与de段的动摩擦因数μ=0．2，到b点时轨道对A的支持力等于A的重力的, B分离后平抛落到f点，f到平台边缘的水平距离S= 0．4m,平台高h=0．8m，g取10m/s2，求：
（1）AB分离时B的速度大小vB；
（2）A到达d点时的速度大小vd；
（3）圆弧 abc的半径R．
12．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，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．
（1）该同学还必须有的器材是___________．
（2）需要直接测量的物理是(写出相应的名称及符号)______．
（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是___________．
（4）桌面左右两端间的距离，对实验结果的准确性_________(选填“有”或“无”)影响．
13．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．若采用如图所示弓形弹片弹开滑块的方案，弹开后的mv2的总量________(填“大于”、“小于”或“等于”)弹开前mv2的总量，这是因为________________________________________________________________________
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
A.图甲中，在光滑水平面上，子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒，机械能有损失，但是损失的机械能转化为内能，能量仍守恒，故A错误；
B.图乙中，剪断束缚M、N两木块之间的细线，在弹簧恢复原长的过程中，M、N与弹簧组成的系统动量守恒，弹簧的弹性势能转化为木块的动能，系统机械能守恒，故B错误；
C.图丙中，木球和铁球组成的系统匀速下降，说明两球所受水的浮力等于两球自身的重力，细线断裂后两球在水中运动的过程中，所受合外力为零，两球组成的系统动量守恒，由于水的浮力对两球做功，两球组成的系统机械能不守恒，故C正确；
D.图丁中，木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑，木块和斜面组成的系统在水平方向上不受外力，水平方向上动量守恒，由于斜面可能不光滑，所以机械能可能有损失，故D错误。
2．B
【解析】
【详解】
以子弹与木块组成的系统为研究对象，在子弹射穿木块的过程中系统所受合外力为零，故系统动量守恒；在该过程中要克服阻力做功系统机械能减少，故系统机械能不守恒.
A．描述与分析不符，故A错误.
B．描述与分析相符，故B正确.
C．描述与分析不符，故C错误.
D．描述与分析不符，故D错误.
3．A
【解析】
【分析】
在小球向下摆动的过程中，根据动量守恒定律可知，小车具有向左的速度，当撞到油泥，是完全非弹性碰撞，小球和小车大小相等方向相反的动量恰好抵消掉，小车会静止；
【详解】
水平方向上，系统不受外力，因此在水平方向动量守恒，开始时小球水平方向动量为零，当撞到油泥，是完全非弹性碰撞，碰撞后总动量为零，故碰撞后二者速度为零，即小车静止不动，故A正确，BCD错误。
【点睛】
本题主要考查了水平方向动量守恒定律的直接应用，找出初动量和末动量，相等即可判断小车运动情况。
4．AD
【解析】
A．由于碰撞后滑块A静止，由图可知，碰撞发生在x=60cm处；从碰撞到第二次闪光B的运动的距离为10cm，则用时为0.1s，所以，两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1s ，故A正确；
B．碰撞前0.1s内A的位移大小为10cm，所以碰撞前A的速度大小是1m/s，故B错误；
C．碰撞前0.1s内B的位移大小为5cm，所以碰撞前B的速度大小是0.5m/s，故C错误；
D．碰撞后0.2s内B的位移大小为20cm，所以碰撞后B的速度大小是1m/s；设向左为正方向，碰撞前的动量为P1=mAvA-mBvB=0.3×1-0.2×0.5=0.2kgm/s，碰撞后的动量为P2=0.2×1=0.2kgm/s，碰撞前后动量守恒，故D正确．
故选AD
5．AD
【解析】
【分析】
由题中“网球被球拍击打前、后瞬间速度”可知，本题考查动量和冲量，根据动量定理可以分析本题。
【详解】
AB．拍子对网球作用力的冲量为
故A正确，B错误；
CD．方向与v1相反，与v2相同，故D正确，C错误。
6．ABD
【解析】
系统所受外力为零、碰撞过程动量守恒，选项C中子弹与木块组成的系统水平方向要受到墙面的弹力作用，动量不守恒，C错；
7．ABD
【解析】
【详解】
A.在拉力作用下，A、B开始做如速运动。弹簧伸长，弹簧弹力变大，物体A、B受到的合力变小，物体加速度变小，物体做加速度减小的加速运动，当弹簧弹力等于拉力时物体受到的合力为零，速度达到最大，之后弹簧弹力大于拉力，两物体减速运动，直到速度为零时，弹簧伸长量达最大，因此A、B先做变加速运动，当F1、F2和弹力相等时，A、B的速度最大；之后，A、B做变减速运动，直至速度减到零，故A符合题意；
BC.在整个过程中，拉力一直对系统做正功，系统机械能增加，A、B做变减速运动速度减为零时，弹簧伸长最长，系统的机械能最大，故B符合题意，C不符合题意；
D.因F1、F2等大反向，故A、B、弹簧组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，故D符合题意。
8．ABC
【解析】
【详解】
A．在B停止滑动前，以整体为研究对象，A、B摩擦力并没有发生变化，所以AB的合外力仍为零，所以系统动量守恒，A、B所受摩擦力均为，所以从t=0到B停下，对B，由动量定理得：
即：时，B停下。所以t=0至时间内，A、B的总动量守恒，故A正确；
BD．时，即B刚停下时，对AB，从t=0到，以向右为正方向，由动量守恒定律得：
2mv=P′+0
解得A的动量为：
P′=2mv
即 时，A的动量等于2mv；时，A的动量大于2mv，故B正确，D错误；
C．至时间内，B已经停止运动，A合外力不为零，所以A、B的总动量不守恒，故C正确；
9．BC
【解析】
斜面与小球组成的系统所受合外力不为零，则系统动量不守恒，A错误；系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，B正确；小球下滑时速度斜向左下方，小球在水平方向有向左的动量，系统在水平方向动量守恒，系统初动量为零，由动量守恒定律可知，斜面在水平方向有向右的动量，斜面向右运动，C正确，D错误．
10．AD
【解析】
【详解】
A. 子弹射入木块的过程中系统所受合外力为零，系统动量守恒，故A项与题意相符；
B. 子弹射入木块的过程中要克服阻力做功产生热能，系统机械能不守恒，故B项与题意不相符；
C. 木块压缩弹簧过程中系统所受合外力不为零，系统动量不守恒，故C项与题意不相符；
D. 木块压缩弹簧过程中，只有弹簧的弹力做功，子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒，故D项与题意相符。
11．（1）vB="1" m/s （2）vd= 2 m/s （3）R=0．5m
【解析】
【详解】
（1）解: （1）B分离后做平抛运动,由平抛运动规律可知:
h=gt2vB="s/t" 代入数据得:vB="1" m/s
（2）AB分离时，由动量守恒定律得：
mAve=mBvB A球由 e到d根据动能定理得:
-μmAgl=mAvd2-mAve2 代入数据得:vd= 2m/s
（3）A球由d到b根据机械能守恒定律得:
mAgR+mAvb2=mAvd2 A球在b由牛顿第二定律得:
mAg- mAg=mAvb2/R
代入数据得:R=0．5m
12．刻度尺、天平 两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2 m1x1＝m2x2 无
【解析】
【分析】
由题中“将这一系统置于光滑的水平桌面上”可知，本题考查动量守恒实验，根据动量守恒实验和需要测量的数据可分析本题。
【详解】
[1][2]本次实验需要验证的方程为，而速度需要根据公式求解，x为平抛运动的水平位移，因此需要直接测量的量为两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2，需要的仪器为刻度尺和天平；
[3]根据公式
和
可得
本次要验证的公式为
m1x1＝m2x2
[4]由于这一系统置于光滑的水平桌面上，因此水平方向速度不变，故桌面左右两端间的距离，对实验结果的准确性无影响。
13． 大于 弹片的弹性势能转变为滑块的动能，滑块动能增加
【解析】弹开前，两滑块静止，动能为零；弹开后，弹片的弹性势能转变为滑块动能，故弹开后mv2变大。