2018年度新的课标创新的人教物理选修3-5第十六章第1节实验∶探究碰撞中地不变量
人教版物理选修3-5 16.1实验:探究碰撞中的动量守恒(含解析).docx

人教版物理选修3-5 实验:探究碰撞中的动量守恒一、单选题(本大题共11小题,共44.0分)1.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,用如图的斜槽装置进行探究,以下说法正确的是()A. 选择实验仪器时,天平可选可不选B. 实验中的斜槽需要光滑且末端切线水平C. 需要记录小球抛出的高度及水平距离,以确定小球离开斜槽末端时的速度D. 无论是否放上被碰小球,入射小球都必须从同一高度处静止释放2.如图是某同学利用光电门和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验装置图,下列做法正确的是()A. 用压强计测量滑块的质量B. 用米尺测量挡光片的宽度C. 用秒表测量挡光片通过光电门的时间D. 用挡光片的宽度除以挡光时间来近似计算滑块的瞬时速度3.若采用图中甲、乙两种实验装置来验证动量守恒定律(图中小球半径相同,质量均为已知,且m A>m B,B、B′两点在同一水平线上),下列说法正确的是()A. 采用图甲所示的装置,必须测量OB、OM、OP和ON的距离B. 采用图乙所示的装置,必须测量OB、、和的距离C. 采用图甲所示装置,若,则表明此碰撞动量守恒D. 采用图乙所示装置,若,则表明此碰撞机械能守恒4.如图是某同学设计的验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点正下方桌子的边沿有一高为H的竖直立柱。
实验前,调节悬点与绳长,使弹性球1静止时,恰好与立柱上的球2接触,且两球球心等高。
实验时,把球2放在立柱上,将球1拉到A点,由静止释放。
当球1摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞;碰撞后球1向右最远可摆回到B点,球2则落到水平地面上的C点;测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。
现已测出弹性球1和球2的质量m1和m2,A点、B点和立柱分别距水平桌面的高度为a、b,立柱高度为H,C点与桌子边沿间的水平距离c,桌面高度H。
已知当地重力加速度g,忽略小球的大小。
根据测量的数据,在误差允许的范围内,该实验中动量守恒的表达式为____。
高中物理选修3-5 16.1 实验:探究碰撞中的不变量

2.追寻不变量 在一维碰撞的情况下与物体运动有关的 量只有物体的质量和物体的速度. 设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞 前它们速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别 为v1’、v2’. 规定某一速度方向为正. 碰撞前后速度的变化和物体的质量m的 关系,我们可以做如下猜测:
(1)m1 v1 m 2 v 2 m1 v 1 ' m 2 v 2 '
参考案例一中测速原理
用小车研究碰撞
16.1 实验:探究碰撞中的不变量
碰撞是日常生活、生产活动中常见 的一种现象,两个物体发生碰撞后,速 度都发生变化. 两个物体的质量比例不同时,它们 的速度变化也不一样. 物理学中研究运动过程中的守恒量 具有特别重要的意义,本节通过实验探 究碰撞过程中的什么物理量保持不变(守 恒 ).
1、一维碰撞 我们只研究最简单的情况——两个 物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍 沿同一直线运动. 这种碰撞叫做一维碰撞. 如图所示,A、B 是悬挂起来的钢球,把 小球A拉起使其悬线与 竖直线夹一角度a,放 开后A球运动到最低点 与B球发生碰撞,碰后 B球摆幅为β角.
2 '2 '2 (2)m1 v 1 m2 v2 m v m v 2 1 1 2 2 ' v1 v2 v1 v' 2 (3) m1 m2 m1 m2
实验条件的保证、实验数据的测量
1.实验必须保证碰撞是一维的,即两个物 体在碰撞之前沿同一直线运动,碰撞之后 还沿同一直线运动; 2.用天平测量物体的质量; 3.测量两个物体在碰撞前后的速度. 速度的测量:可以充分利用所学的运 动学知识垫导轨、打点计时器和 纸带等来达到实验目的和控制实验条件.
人教版高中物理选修(3-5)-16.1探究实验:碰撞实验器法验证动量守恒定律

碰撞实验器法验证动量守恒定律【目的和要求】通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律,理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。
【仪器和器材】钢质入射球(质量约45-50克),电木制靶球(质量约7-8克、半径与入射球相同)、天平(托盘天平或学生天平),碰撞实验器(J2135型),木板,白纸,复写纸,直尺。
【实验方法】1.把碰撞实验器装在桌边,如图2.32。
把入射球放在导轨的下段,微转导轨,使入射球在其上面能静止,然后紧固水平调节螺钉。
把一块木板放在导轨前方地面上,在其上面铺好白纸并用图钉钉住。
2.放倒支球柱,让入射球从定位板处由静止开始滚下,观察球在纸面上的落点位置。
然后在该处铺上复写纸,重新让入射球做平抛运动五次以上,每次都应从定位板处放开入射球。
在各落球点附近画一圆,使所有落点都恰好围在此圆中,以此圆的圆心作为入射球的平均落点P。
转动放线轴手柄,使重锤悬线从端面的“V”形缺口垂下,在纸面上标出锤尖的投影点O,这就是碰撞时入射球的球心在纸上的垂直投影,OP线段即为入射球在没有发生碰撞时飞出的水平距离S1。
在纸面上画出过O、P的直线。
3.扶起支球柱,放上靶球,调节支柱的位置,使入射球和靶球的球心连线与导轨水平部分平行(即球等高,且球心连线与入射球入射速度方向一致),当入射球球心在导轨下边沿时,两球刚好接触。
然后紧固支球柱,让入射球从定位板处自由滚下,观察两球碰后的落点,然后在落点附近铺上复写纸。
重复两球碰后做平抛运动的实验一次。
揭开复写纸,看两球落点是否在纸上过O、P的连线附近。
若落点偏离此线两厘米以上,则需重新细调支球柱的位置。
再做两球碰撞的实验五次以上。
注意每次入射球都要从挡板处开始运动。
像步骤2那样确定两球的平均落点M和N。
4.用天平分别称出两球质量,用游标卡尺量出两球半径r(若有微小差别,可取平均值)。
在纸上在O、P的连线上作距O为2r的O′点,则OM为入射球碰撞后飞出的水平距离S′1,O′N为靶球飞出的水平距离S′用尺测出S1、S′1、S′2比较m1S1和m1S′1 2+m2S′2,看在实验误差范围内是否相等。
人教版高中物理选修(3-5)-16.1探究实验:碰撞实验器法验证动量守恒定律

碰撞实验器法验证动量守恒定律
【目的和要求】
通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律,理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。
【仪器和器材】
钢质入射球(质量约45-50克),电木制靶球(质量约7-8克、半径与入射球相同)、天平(托盘天平或学生天平),碰撞实验器(J2135型),木板,白纸,复写纸,直尺。
【实验方法】
1.把碰撞实验器装在桌边,如图2.32。
把入射球放在导轨的下段,微转导轨,使入
射球在其上面能静止,然后紧固水平调节螺钉。
把一块木板放在导轨前方地面上,在其上面铺好白纸并用图钉钉住。
2.放倒支球柱,让入射球从定位板处由静止开始滚下,观察球在纸面上的落点位置。
然后在该处铺上复写纸,重新让入射球做平抛运动五次以上,每次都应从定位板处放开入射球。
在各落球点附近画一圆,使所有落点都恰好围在此圆中,以此圆的圆心作为入射球的平均落点P。
转动放线轴手柄,使重锤悬线从端面的“V”形缺口垂下,在纸面上标出锤尖的投影点O,这就是碰撞时入射球的球心在纸上的垂直投影,OP线段即为入射球在没有发生碰撞时飞出的水平距离S1。
在纸面上画出过O、P的直线。
3.扶起支球柱,放上靶球,调节支柱的位置,使入射球和靶球的球心连线与导轨水平部分平行(即球等高,且球心连线与入射球入射速度方向一致),当入射球球心在导轨下边沿时,两球刚好接触。
然后紧固支球柱,让入射球从定位板处自由滚下,观察两球碰后的落点,然后在落点附近铺上复写。
人教版高中物理选修3-5知识点汇总_一册全_

人教版高中物理选修3—5知识点总结第十六章动量守恒定律动16.1实验探究碰撞中的不变量碰撞的特点:1、相互作用时间极短。
2.相互作用力极大,即内力远大于外力。
3、速度都发生变化。
一、实验的基本思路1、一维碰撞:我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动。
2、猜想与假设:一个物体的质量与它的速度的乘积是不是不变量?3、碰撞可能有很多情形。
例如两个物体可能碰后分开,也可能粘在一起不再分开。
二、需要考虑的问题①如何保证碰撞是一维的?即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动,碰撞之后还沿同一直线运动。
在固定的轨道上做实验——气垫导轨。
②怎样测量物体的质?用天平测量。
③怎样测量两个物体在磁撞前后的速度?速度的测量:可以充分利用所学的运动学知识,如利用匀速运动、平抛运动,并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。
④数据处理:列表。
参考案例一气垫导轨和光电门研究碰撞。
参考案例二利用单摆研究碰撞参考案例三利用打点计时器研究碰撞参考案例四利用平抛运动研究碰撞研究能量损失较小的碰撞时,可以选用参考案例二;研究碰撞后两个物体结合在一起的情况时,可以选用参考案例三。
参考案例四测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。
实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。
16.2动量定理一、动量1、定义:把物体的质量m和速度ʋ的乘积叫做物体的动量p,用公式表示为p = mʋ2、单位:在国际单位制中,动量的单位是千克米每秒,符号是kg•m/s3、动量是矢量:方向由速度方向决定,动量的方向与该时刻速度的方向相同。
4、注意:物体的动量,总是指物体在某一时刻的动量,即具有瞬时性,故在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度。
5、动量的变∆p①某段运动过程(或时间间隔)末状态的动量p',跟初状态的动量p的矢量差,称为动量的变化(或动量的增量),即p = p' - p。
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①碰撞前后物体质量不变,但质量并不
描述物体的运动状态,不是我们追寻的“不 变量”.
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的
量,才是我们追寻的不变量.
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二、需要考虑的问题 优质课件优秀课件课件公开课免费课件下载免费ppt下载人教版高中物理选修3--5第十六章动量守恒定律16-1实验:探究碰撞中的不变量(共34张PPT)
1.实验必须保证碰撞是一维的,即两 个物体在碰撞之前沿同一直线运动,碰撞之 后还沿同一直线运动;
规定某一速度方向为正.
碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系,
我们可以做如下猜测:
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描述思路: 优质课件优秀课件课件公开课免费课件下载免费ppt下载人教版高中物理选修3--5第十六章动量守恒定律16-1实验:探究碰撞中的不变量(共34张PPT) 两 个物体各自的质量与自己的速度的乘积
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物理:新人教版选修3-5 16.4碰撞(教案)

第十六章动量守恒定律新课标要求1.内容标准(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。
知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验,理解动量和动量守恒定律。
能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。
知道动量守恒定律的普遍意义。
例1 火箭的发射利用了反冲现象。
例2 收集资料,了解中子是怎样发现的。
讨论动量守恒定律在其中的作用。
(3)通过物理学中的守恒定律,体会自然界的和谐与统一。
2.活动建议制作“水火箭”。
新课程学习16.4 碰撞★新课标要求(一)知识与技能1.认识弹性碰撞与非弹性碰撞,认识对心碰撞与非对心碰撞2.了解微粒的散射(二)过程与方法通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否,体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。
(三)情感、态度与价值观感受不同碰撞的区别,培养学生勇于探索的精神。
★教学重点用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题★教学难点对各种碰撞问题的理解.★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流。
★教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程(一)引入新课碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程,因而碰撞具有如下特点:1.碰撞过程中动量守恒.提问:守恒的原因是什么?(因相互作用时间短暂,因此一般满足F内>>F外的条件)2.碰撞过程中,物体没有宏观的位移,但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变.3.碰撞过程中,系统的总动能只能不变或减少,不可能增加.提问:碰撞中,总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)熟练掌握碰撞的特点,并解决实际的物理问题,是学习动量守恒定律的基本要求.(二)进行新课一、弹性碰撞和非弹性碰撞1.弹性碰撞在弹性力作用下,碰撞过程只产生机械能的转移,系统内无机械能的损失的碰撞,称为弹性碰撞。
举例:通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。
分析:物体m1以速度v1与原来静止的物体m2碰撞,若碰撞后他们的速度分别为v1/、v2/。
高中物理人教版选修35第十六章动量守恒定律教案

第十六章动量守恒定律本章课程标准:(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。
知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验,理解动量和动量守恒定律。
能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。
知道动量守恒定律的普遍意义。
(3)通过物理学中的守恒定律,体会自然界的和谐与统一。
物理学的任务是发现普遍的自然规律。
因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性,所以对于守恒量的寻求不仅是合理的,而且也是极为重要的研究方向。
——劳厄第1节实验探究碰撞中的不变量学习目标1、了解生产、生活中的碰撞现象。
2、经历两个物体碰撞前后会不会有什么物理量保持不变的猜想过程。
3、通过实验探究,经历寻找碰撞中“不变量”的过程,领会实验的基本思路,感悟自然界的和谐与统一。
4、提升实验技能,特别是数据采集和分析的能力。
问题的提出:举例说明生活中的各种碰撞现象。
演示小球的碰撞。
(1)一动碰一静:(2)……发现:碰撞前后速度变化,质量不同时,速度变化也不一样。
提出问题:碰撞前后会不会有什么物理量是保持不变的呢?按照一贯的思路,从简单到复杂,我们从研究最简单的碰撞开始我们的探究之路:一维碰撞:两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条运动。
猜想:(1)与物体运动相关的物理量有哪些?速度是矢量,实验中如何表达其方向?(2)碰撞前后哪个物理量可能是不变的?列举可能性:实验设计:碰撞有很多情形,我们需要将猜想的可能性放到各种碰撞情形下去验证,得出的结论才具有说服力。
根据猜想,需要测量的物理量有:____________________________________需要解决的三个问题:(1)如何保证一维碰撞?(2)怎样测量碰撞前后的速度?(3)如何制造多种碰撞情形?实验方案分析:采用课本P4,“参考案例一”。
(1)利用气垫导轨保证一维碰撞。
(2)利用光电计时装置,测量时间,计算速度。
(3)改变两滑块的初速度和滑块间的接触部分,实现多种情形的碰撞。
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一、实验目的1.明确探究碰撞中的不变量的基本思路。
2.探究一维碰撞中的不变量。
二、实验原理1.合理猜想不变量在一维碰撞中,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度,设两个物体的质量分别为m 1、m 2,碰撞前的速度分别为v 1、v 2,碰撞后的速度分别为v ′1、v ′2。
如果速度方向与规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。
依据猜想与假设,依次研究以下关系是否成立:(1)m 1v 1+m 2v 2=m 1v ′1+m 2v ′2。
(2)m 1v 21+m 2v 22=m 1v ′21+m 2v ′22。
(3)v 1m 1+v 2m 2=v ′1m 1+v ′2m 2。
……2.实验方案设计方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞。
实验装置如图所示。
(1)质量的测量:用天平测量滑块的质量m 1、m 2。
(2)速度的测量:利用公式v =Δx Δt,式中Δx 为滑块(挡光片)的宽度,Δt 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门对应的时间。
测出A 碰前速度v 1和碰后A 、B 速度v ′1、v ′2。
(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
方案二利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞。
实验装置如图所示。
方案三利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞,两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
实验装置如图所示。
三、实验器材方案一气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
方案二带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。
方案三光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。
四、实验步骤无论采用哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下:1.用天平测量两滑块的质量m1、m2,填入预先设计好的表格中。
2.安装实验装置。
3.使物体发生碰撞。
4.测量或读出相关物理量,计算有关速度,填入预先设计好的表格中。
5.改变碰撞条件,重复步骤3、4。
6.整理实验器材。
五、数据处理1.实验中记录数据用的表格:2.通过分析比较,找出碰撞中的“不变量”得出实验结论。
六、注意事项1.保证两物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动。
2.气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。
切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在导轨面上滑磨。
3.若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。
4.利用摆球进行实验时,可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上,这样可以较准确地读出小球摆动的角度,以减小误差。
5.若利用摆球进行实验,两小球静止时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内。
七、误差分析1.系统误差主要来源于装置本身是否符合要求,即:(1)碰撞是否为一维碰撞,设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
(2)碰撞中其他力(例如:摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。
实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。
2.偶然误差主要来源于质量和速度的测量。
[典型例题]例1.如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz。
开始时两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用绳子连接,绳子烧断后,两个滑块向相反方向运动。
已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,A、B离开弹簧后,A滑块做________运动,其速度大小为________m/s,本实验中得到的结论是_______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________。
[解析]碰撞前:v A=0,v B=0,所以有m A v A+m B v B=0碰撞后:v′A=0.09 m/s,v′B=0.06 m/s规定向右为正方向:m A v′A+m B v′B=0.2×(-0.09) kg·m/s+0.3×0.06 kg·m/s=0则由以上计算可知:m A v A+m B v B=m A v′A+m B v′B[答案]匀速0.09碰撞前后滑块A、B的质量与速度乘积的矢量和为不变量[点评]1.频闪照片可以记录滑块A、B运动的位移和时间,从而计算滑块的速度。
2.碰撞涉及的物理量为矢量,因此要规定正方向,与规定正方向相同的数据为正,与规定正方向相反的数据为负。
3.对比碰撞前后的状态量,通过分析得出实验结论。
[典型例题]例2.(2016·揭阳高二检测)某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量:打点计时器、低压交流电源(频率为50 Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。
该同学设计的实验步骤如下:A.用天平测出小车A的质量为m A=0.4 kg,小车B的质量为m B=0.2 kgB.更换纸带重复操作三次C.小车A靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车B放在长木板中间D.把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源E.接通电源,并给小车A一定的初速度v A(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来________。
(2)打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据完成表格。
(3)根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为________________。
[解析](1)按照先安装,后实验,最后重复的顺序,该同学正确的实验步骤为ADCEB。
(2)碰撞前后均为匀速直线运动,由纸带上的点迹分布求出速度。
碰后小车A、B合为一体,求出AB整体的共同速度。
注意打点计时器的频率为50 Hz,打点时间间隔为0.02 s,通过计算得下表。
(3)由表中数值可看出m v一行中数值相同,可猜想碰撞前后不变量的表达式为m A v A+m B v B=(m A+m B)v。
[答案](1)ADCEB(2)见解析(3)m A v A+m B v B=(m A+m B)v[点评]1.实验步骤顺序应是“先安装,再实验,后重复”。
2.猜想和数据分析相结合,得出碰撞前后不变的量。
1.[多选]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,是为了碰撞后两车粘在一起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解析:选BC 相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动;应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据。
故A 、D 错误,B 、C 正确。
2.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O 1、O 2之间的距离等于________。
解析: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,悬点O 1、O 2之间的距离等于球的直径。
答案:相等 球的直径3.如图a 所示,在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车,甲车上系有一穿过打点计时器的纸带,当甲车获得水平向右的速度时,随即启动打点打时器,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 。
解析:碰撞前Δx =1.2 cm ,碰撞后Δx ′=0.8 cm ,T =0.02 s ,由v =x t 得碰撞前,v 甲=Δx Δt=0.6 m/s ;碰撞后v =Δx ′Δt=0.4 m/s 。
答案:0.6 0.44.(2016·惠州高二检测)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50 Hz ,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=0.40 kg ,小车乙的质量m 乙=0.20 kg ,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?解析:(1)观察打点计时器打出的纸带,点迹均匀的阶段BC 段应为小车甲与乙碰前的阶段,CD 段点迹不均匀,故CD 段应为碰撞阶段,甲、乙两车碰撞后一起做匀速直线运动,打出间距均匀的点,故应选DE 段计算碰后的共同速度。
(2)v 甲=BC Δt =1.05 m/s ,v ′=DE Δt=0.695 m/s m 甲v 甲+m 乙v 乙=0.420 kg·m/s碰后m 甲v 甲′+m 乙v 乙′=(m 甲+m 乙)v ′=0.60×0.695 kg·m/s =0.417 kg·m/s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m v 的矢量和是相等的。
5.用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10 Hz),步骤方法如下:(1)用天平称出两滑块的质量。
m A =0.10 kg ,m B =0.20 kg ,放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1 cm ,滑块可看做质点);(2)碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a 、b 、c 所示的照片;请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。
解析:由题图a 、b 可确定A 的速度为v A =(7.0-1.0)×10-20.1 m/s =0.6 m/s 则m A v A =0.10×0.6 kg·m/s =6×10-2 kg·m/s从题图b 、c 看出滑块A 与B 从靠近到发生碰撞需 t 2=1.5×10-20.6 s =2.5×10-2 s 所以A 与B 碰撞后回到7.0 cm 位置,历时Δt =(0.1-2.5×10-2) s =7.5×10-2 s 因此,求出v ′A =(7.0-8.5)×10-27.5×10-2 m/s =-0.2 m/s v ′B =(11.5-8.5)×10-27.5×10-2 m/s =0.4 m/s 所以碰撞后:m A v ′A +m B v ′B =6×10-2 kg·m/s由以上计算可得:m A v A +m B v B =m A v ′A +m B v ′B答案:m A v A +m B v B =m A v ′A +m B v ′B ,即碰撞前后m v 的矢量和保持不变。