人教版高中物理选修3-5第十六章第一节 实验：探究碰撞中的不变量

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第十六章第一节实验：探究碰撞中的不变量

基础题

1．【题文】在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，下列哪些因素可导致实验误差

A.导轨安放不水平

B.滑块上挡光板倾斜

C.两滑块质量不相等

D.两滑块碰后连在一起

【答案】AB

【解析】本题考查了利用气垫导轨探究碰撞过程中的不变量，意在考查考生的理解和记忆能力.

选项A中，导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响，从而产生实验误差；选项B中，挡板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移；实验中并不要求两滑块的质量相等；两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大，并不影响碰撞中的守恒量，答案为AB.

【题型】多选题

【备注】

【结束】

2．【题文】在探究碰撞中的不变量时，采用如图所示的实验装置，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，则下列说法中正确的是

A.第一、二次入射小球的落点依次是A、B

B.第一、二次入射小球的落点依次是C、B

C.第二次入射小球和被碰小球将同时落地

D.第二次入射小球和被碰小球不会同时落地

【答案】D

【解析】本题考查了探究碰撞过程中的不变量，意在考查考生的理解分析能力.

最远的C点一定是被碰小球的落点，碰后入射小球的速度将减小，因此A、B均错误；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出，两小球不可能同时落地，C错，D对．所以答案是D.

【题型】单选题

【备注】

【结束】

3．【题文】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mv2的总量______(填“大于”、“小于”或“等于”)弹开前的总量，这是因为________________________________________.

【答案】大于弹片的弹性势能转变为滑块的动能，滑块的动能增加．【解析】本题考查了探究碰撞中的守恒量实验，关键是考查了学生的理解能力.

在“探究碰撞中的不变量”的实验中探究“mv2”这个量(对应于动能的2倍)的变化情况，方法就是通过测量滑块的速度的变化，判定能量的转化关系．

若采用弓形弹片弹开滑块的方案，开始时两个滑块都处于静止状态，弹开的过程弹片的弹性势能转化为滑块的动能，所以弹开后mv2的总量大于弹开前的总量．

【题型】填空题

【备注】

【结束】

4．【题文】用如图所示的装置可以完成“探究碰撞中的不变量”实验。若实验中选取的A、B两球半径相同，为了使A、B发生一维碰撞，应使两球悬线长度________，悬点Q1、Q2之间的距离等于________。

【答案】相等球的直径

【解析】本题考查了探究碰撞过程中的不变量，意在考查考生的理解和分析能力.

为了保证一维碰撞，碰撞点应与两球球心同在一条水平线上，故两球悬线长度相等，O1、O2之间距离等于球的直径。

【题型】填空题

【备注】

【结束】

5.【题文】如图(a)所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，当甲车受到水平向右的冲力时，随即启动打点计时器，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运动情况如图(b)所示，电源频率为50Hz，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】0.60.4

【解析】本题考查了探究碰撞过程中的不变量以及纸带的处理，意在考查考生的数据处理能力.

根据纸带数据可知前面的点是碰撞前打的点，速度

m/s；

后面的几个点是碰撞后打的点，速度m/s

【题型】填空题

【备注】

【结束】

6．【题文】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。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝0.32s，Δt2＝0.21s。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】0.0940.1430 2.5×10－4kg·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】本题考查了探究碰撞过程中的不变量，意在考查考生的理解和分析能力.

取向左方向为正，两滑块速度

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－

4kg·m/s，在实验允许的误差范围内，m

v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′

1

【题型】填空题

【备注】

【结束】

7．【题文】某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示。在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为50Hz ，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。

(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标在图上，A 为运动起始的第一点，则应选________段计算小车甲的碰前速度，应选________段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两格填“AB ”、“BC ”、“CD ”或“DE ”)。

(2)已测得小车甲的质量m 甲＝0.40kg ，小车乙的质量m 乙＝0.20kg ，由以上测量结果可得：碰前m 甲v 甲＋m 乙v 乙＝__________kg·m/s ；碰后m 甲v

甲′＋m 乙v 乙′＝________kg·

m/s 。 (3)通过计算得出的结论是什么？

【答案】(1)BC DE (2)0.420 0.417(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv 之和是相等的。

【解析】本题考查了探究碰撞过程中的不变量，意在考查考生的分析能力. (1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段BC 应为小车甲与乙碰前的阶段，CD 段点迹不均匀，故CD 应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选DE 段计算碰后共同的速度。

(2)

，,

m 甲v 甲＋m 乙v 乙＝0.420kg·m/s

碰后m 甲v′甲＋m 乙v′乙＝(m 甲＋m 乙)v′＝0.417kg·m/s

(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv 之和是相等的。 【题型】填空题 【备注】 【结束】 8．【题文】水平光滑桌面上有A 、B 两个小车，质量分别是0.6kg 和0.2kg ，A 车的车尾拉着纸带，A 车以某一速度与静止的B 车碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动。碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示，根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的？