高中物理選修3-5人教版課時(shí)素養(yǎng)提升16-1實(shí)驗(yàn)探究碰撞中的不變量_第1頁(yè)
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課時(shí)素養(yǎng)提升一實(shí)驗(yàn):探究碰撞中的不變量(25分鐘50分)1.(8分)用圖示裝置研究碰撞中的不變量,氣墊導(dǎo)軌水平放置,擋光板寬度為9.0mm,兩滑塊被彈簧彈開(kāi)后,左側(cè)滑塊通過(guò)左側(cè)光電計(jì)時(shí)器0.040s,右側(cè)滑塊通過(guò)右側(cè)光電計(jì)時(shí)器,記錄時(shí)間為0.060s,左側(cè)滑塊質(zhì)量為100g,左側(cè)滑塊m1v1大小為_(kāi)____g·m/s,右側(cè)滑塊質(zhì)量為149g,兩滑塊質(zhì)量與速度乘積的矢量和m1v1+m2v2=_______g【解析】左側(cè)滑塊的速度為:v1=QUOTE=QUOTE=0.225m/s,則左側(cè)滑塊m1v1=100g×0.225m/s=22.5g·m/s;右側(cè)滑塊的速度為:v2=QUOTE=QUOTEm/s=0.15m/s,則右側(cè)滑塊m2v2=149g×(-0.15m/s)≈-22.4g·可見(jiàn)在誤差允許的范圍內(nèi)兩滑塊m1v1+m2v2=0。答案:22.502.(12分)如圖所示為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一種探究動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置和原理圖。長(zhǎng)木板固定在水平桌面上,一端伸出桌面,另一端裝有豎直擋板,輕彈簧的一端固定在豎直擋板上,另一端被入射小球從自然長(zhǎng)度位置A點(diǎn)壓縮至B點(diǎn),釋放小球,小球沿木板從右端水平拋出,落在水平地面上的記錄紙上,重復(fù)10次,確定小球的落點(diǎn)位置;再把被碰小球放在木板的右邊緣處,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)10次,在記錄紙上分別確定入射小球和被碰小球的落點(diǎn)位置。(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是_______。

A.入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量B.入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同C.長(zhǎng)木板必須盡可能地光滑D.用重垂線的目的是確定長(zhǎng)木板的右端在地面的投影位置E.實(shí)驗(yàn)重復(fù)10次,是為了從小球的落地點(diǎn)中找出一個(gè)最清晰的點(diǎn)作為最終落地點(diǎn)(2)入射小球前、后兩次的落地位置分別為原理圖中的_________兩點(diǎn);若入射小球的質(zhì)量為m1,被碰小球的質(zhì)量為m2,則實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為_(kāi)______________。(用圖中字母表示)

【解析】(1)為了保證碰撞后兩球都能從長(zhǎng)木板飛出,入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量,選項(xiàng)A正確;為了保證兩球發(fā)生正碰,入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同,選項(xiàng)B正確;長(zhǎng)木板可以不光滑,只要保證每次彈簧的壓縮量相同,每次入射小球與被碰小球碰撞前的速度便會(huì)相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;用重垂線的目的是確定長(zhǎng)木板的右端在地面的投影位置,以便準(zhǔn)確測(cè)量出小球平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移,選項(xiàng)D正確;實(shí)驗(yàn)重復(fù)10次,是為了從小球的落地點(diǎn)中找出小球落地點(diǎn)的中心位置,以減小實(shí)驗(yàn)誤差,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。(2)入射小球前、后兩次的落地點(diǎn)位置分別為原理圖中的Q、P兩點(diǎn),由于平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同,速度與水平位移成正比,實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為m1·OQ=m1·OP+m2·OR。答案:(1)A、B、D(2)Q、Pm1·OQ=m1·OP+m2·OR3.(15分)有甲、乙兩輛小車(chē),質(zhì)量分別為m1=302g,m2=202g,甲小車(chē)拖有紙帶,通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄它的運(yùn)動(dòng)情況,乙小車(chē)靜止在水平桌面上,甲小車(chē)以一定的速度向乙小車(chē)運(yùn)動(dòng),跟乙小車(chē)發(fā)生碰撞后粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)。這個(gè)過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄的點(diǎn)跡如圖所示,在圖上還標(biāo)出了用刻度尺量出的各點(diǎn)的數(shù)據(jù),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為(1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出:兩車(chē)碰撞過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間大約為_(kāi)______s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(2)碰撞前甲車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積大小為_(kāi)________kg·m/s,碰后兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積為_(kāi)________kg·m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)兩車(chē)碰撞過(guò)程中,兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積如何變化?【解析】從紙帶上0點(diǎn)開(kāi)始每0.02s內(nèi)甲車(chē)位移分別為13.2mm、13.5mm、13.5mm、12.6mm、11.7mm、10.8mm、9.9mm、9mm、8.1mm、8mm、8mm。(1)從以上數(shù)據(jù)可知從第3個(gè)點(diǎn)到第8個(gè)點(diǎn)是碰撞過(guò)程,則t=5×0.02s=0.10s,該段時(shí)間內(nèi)甲車(chē)做減速運(yùn)動(dòng)。(2)甲車(chē)與乙車(chē)碰前速度v1=QUOTE×10-3m/s=0.670m/s,碰前甲車(chē)質(zhì)量與速度的乘積m1v1=0.302kg×0.670m/s=0.202kg·m/s;碰后兩車(chē)的速度v′2=v′1=v′=QUOTE×10-3m/s=0.402m/s,碰后兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積(m1+m2)v′=(0.302+0.202)×0.402kg·m/s=0.203kg·m/s。(3)在誤差范圍內(nèi),兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積保持不變,即m1v1=(m1+m2)v′。答案:(1)0.10(2)0.2020.203(3)見(jiàn)解析4.(15分)利用氣墊導(dǎo)軌通過(guò)閃光照相進(jìn)行“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)要求研究?jī)苫瑝K碰撞時(shí)動(dòng)能損失最小和最大等各種情況,若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最大應(yīng)選圖中的_______(選填“甲”或“乙”),若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最小則應(yīng)選圖中的_______(選填“甲”或“乙”)。(甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈,乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥)

(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)碰撞前滑塊B靜止,滑塊A勻速向滑塊B運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞,利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖丙所示。已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T(mén),在這4次閃光的過(guò)程中,兩滑塊A、B均在0~80cm范圍內(nèi),且第1次閃光時(shí),滑塊A恰好位于x=10cm處。若兩滑塊A、B的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短,均可忽略不計(jì),則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的_______時(shí)刻,兩滑塊A、B質(zhì)量比mA∶mB【解析】(1)若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最大,則需兩滑塊碰撞后粘合在一起,故應(yīng)選圖中的乙;若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最小,則應(yīng)使兩滑塊發(fā)生彈性碰撞,即選圖中的甲。(2)由題圖丙可知,第1次閃光時(shí),滑塊A恰好位于x=10cm處,第二次A在x=30cm處,第三次A在x=50cm處,碰撞在x=60cm處。從第三次閃光到碰撞的時(shí)間為QUOTE,則可

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