高中物理人教版 (新课标)选修31 实验:探究碰撞中的不变量课后复习题
展开一、单项选择题
1.在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,哪些因素可导致实验误差( B )
A.导轨水平安放 B.小车上挡光板倾斜
C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起
2.下列关于打点计时器或光电门的测速说法不正确的是( A )
A.打点计时器使用的电源是直流电源
B.打点计时器两计时点之间的时间间隔等于电源的周期
C.光电门的挡光板越窄越好
D.使用打点计时器时,要先接通电源,再松开纸带
解析:打点计时器使用的电源是交流电源.
3.在气垫导轨上进行探究实验时,首先应该做的是( D )
A.给气垫导轨通气
B.给光电计时器进行扫零处理
C.把滑块放到导轨上
D.检查挡光片通过光电门时是否能挡光计时
4.在探究碰撞中的不变量时,采用如图16-1-7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( D )
图16-1-7
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
解析: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.
二、双项选择题
5.用如图16-1-8所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是( BC )
图16-1-8
A.A到达最低点时,两球的球心连线可以不水平
B.A到达最低点时,两球的球心连线要水平
C.多次测量减小误差时,A球必须从同一高度下落
D.多次测量减小误差时,A球必须从不同高度下落
解析:要保证一维对心碰撞,必须在碰撞时球心在同一高度;多次测量求平均值,必须保证过程的重复性,A球必须从同一高度下落.
6.用气垫导轨探究碰撞中的不变量时,不需要测量的物理量是( CD )
A.滑块的质量 B.挡光的时间
C.光电门与滑块间的距离 D.光电门的高度
7.若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验,下列操作中正确的是( AC )
A.相互作用的两车上,一个装撞针,一个装橡皮泥,是为了碰撞后黏在一起
B.相互作用的两车上,一个装撞针,一个装橡皮泥,是为了改变两车的质量
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
8.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量的实验:在小车A的前端黏有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体,继续做匀速运动,他设计的装置如图16-1-9所示.在小车A后连着纸带,电磁打点计时器的电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片.则( AB )
图16-1-9
A.长木板垫着小木片是为了平衡摩擦,保证小车碰撞前后做匀速运动
B.实验过程中应先接通电源,再让小车A运动
C.计算碰撞前后小车的速度时,在纸带上任选对应过程的一段即可
D.此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能守恒
9.某同学利用如图16-1-10所示的装置探究碰撞过程中的不变量,下列说法正确的是( BD )
图16-1-10
A.悬挂两球的细绳长度要适当,可以不等长
B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C.两小球必须都是钢性球,且质量相同
D.两小球碰后可以黏合在一起共同运动
解析:两绳等长,能保证两球正碰以减小实验误差,所以A错误;计算碰撞前速度时用到了mgh=mv2/2-0,即初速度为0,B正确;本实验中对小球的性能无要求,C错误;两球正碰后,运动情况有多种可能,所以D正确.
三、非选择题
10.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16-1-11所示弓形弹片弹开滑块的方案,弹开后的mv2的总量大于(填“大于”、“小于”或“等于”)弹开前mv2的总量,这是因为弹片的弹性势能转变为滑块的动能,滑块的动能增加.
图16-1-11
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大.
11.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,入射小球m1=15 g,原来静止的被碰小球m2=10 g,由实验测得它们的碰撞前后的x-t图象如图16-1-12所示,由图可知,入射小球碰撞前的m1v1是0.015_kg·m/s,入射小球碰撞后m1v1′是0.007_5_kg·m/s,被碰小球碰撞后的m2v2′是0.007_5_kg·m/s.由此得出结论碰撞前后mv的矢量和守恒.
图16-1-12
解析:由题图可知碰撞前m1的速度大小v1=eq \f(0.2,0.2) m/s=1 m/s,故碰撞前的m1v1=0.015 kg×1 m/s=0.015 kg·m/s.碰撞后m1速度大小v1′=eq \f(0.3-0.2,0.4-0.2) m/s=0.5 m/s,m2的速度大小v2′=eq \f(0.35-0.2,0.4-0.2) m/s=0.75 m/s,故m1v1′=0.015 kg×0.5 m/s=0.007 5 kg·m/s,m2v2′=0.01×0.75 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s,由此可知m1v1=m1v1′+m2v2′.
12.某同学用如图16-1-13所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞探究不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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16-1-14所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在平面,米尺的零点与O点对齐.
图16-1-13 图16-1-14
(1)碰撞后B球的水平射程应取为64.7cm.
(2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量ABD(填字母).
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球或B球的直径
D.测量A球和B球的质量(或两球的质量之比)
E.测量G点相对于水平槽面的高度
解析:(1)应把记录纸上B球的落点痕迹用尽量小的圆包括起来,然后取其圆心位置,即可视为这些落点的平均位置.故取 64.7(允许取值范围为64.2~65.2).(2)题意中已给出A、B两球的半径相同,而实验装置中,A、B两球抛出点相同,均为槽口处,所以C可省略.实验结论中,因小球的平抛初速都用水平射程代替,不必求出初速的具体数据,所以E省略.
13.(双选) 如图16-1-15所示,A、B是两个小物块,C是轻弹簧,用一根细线连接A、B使弹簧C处于压缩状态,然后放置在光滑的水平桌面上.要探究A、B只在弹簧作用下的不变量,可以不需要测量的物理量是( AD )
图16-1-15
A.桌面的宽度
B.两物块的质量
C.两物块离开桌面后的水平距离
D.两物块飞行的时间
14.用如图16-1-16所示的实验装置来探究碰撞中的不变量.
图16-1-16
(1)安装和调整实验装置的要求是:①斜槽末端切线水平;②入射小球和被碰小球在碰撞瞬间球心在同一高度.
(2)如果已经知道不变量是两小球质量与速度的积的矢量和,某次实验得出小球的落点情况如图16-1-17所示,则碰撞小球的质量m1和被碰小球的质量m2之比为4∶1.
图16-1-17
解析:(2)由于做平抛运动的高度相同,所以它们碰撞前后的速度可用水平位移代替,根据不变量是两小球质量与速度的积的矢量和,m1·OP=m1·OM+m2·ON,代入数据得m1∶m2=4∶1.
15.用半径相同的两小球A、B的碰撞验证碰撞中不变量,实验装置如图16-1-18所示,斜槽与水平槽圆滑连接.实验时先不放B球,使A球从斜槽上某一固定点 C由静止滚下,落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹.再把B球静置于水平槽前端边缘处,让 A球仍从 C处由静止滚下,A球和 B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹.记录纸上的 O点是垂直线所指的位置,若测得各落点痕迹到 O点的距离OM=2.68 cm,OP=8.62 cm,ON=11.50 cm,并知 A、B两球的质量比为2∶1,则未放B球时A球落地点是记录纸上的P点,系统碰撞前质量与速度的积的矢量和p与系统碰撞后质量与速度的积的矢量和p′的误差eq \f(|p-p′|,p)=2%(结果保留一位有效数字).
图16-1-18
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