第一节实验探究碰撞中的不变量限时训练

试卷第1页，总3页第一节实验：探究碰撞中的不变量限时训练赵春光罗均班级_______________姓名_______________分数_______________1．用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，使悬线在A球释放前伸直，O点到A球球心的距离为L，且线与竖直线夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。图中S是B球初始位置到B球平均落点的水平距离。（1）用题中所给的物理量表示碰撞后A球、B球的动量：PA/=；PB/=。（2）用题中所给的物理量表示需要验证的动量守恒表达式：2．某同学把两块质量不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，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，验证物体间相互作用时动量守恒。（1）两木块离开桌面之后做____________运动。（2）该同学必须用________________（填写实验器材）测量出两木块的____________（填写物理量，并标明物理符号）；还要用____________（填写实验器材）测量出两木块落地时的_____________（填写物理量，并标明物理符号）。（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是______________________。3．某同学用图所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把b球放在斜槽轨道末端的最右端附近静止，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．回答下列问题：（1）在安装实验器材时斜槽的末端应。（2）小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足mamb，两球的半径应满足rarb（选填“＞”、“＜”或“=”）。（3）本实验中小球落地点的平均位置距O点的距离如图10所示，这时小球a、b两球碰后的平均落地点依次是图10中水平面上的点和点。（4）在本实验中结合图10，验证动量守恒的验证式是下列选项中的。A．OBmOAmOCmbaaB．OCmOAmOBmbaaC．OCmOBmOAmbaa（5）经测定，ma=45.0g，mb=7.5g，请结合图分析：碰撞前、后ma的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′=（保留分式）。有同学认为，在该实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的水平距离增大。请你用已知的数据，分析和计算出被碰小球mb平抛运动水平距离的最大值为cm。4．用如图所示的装置验证动量守恒定律。先将质量为m1的小球A从斜槽轨道上端无初速释放，经轨道末端水平抛出，经时间t落在水平地面上的P点．然后在轨道末端放置质量为m2的小球B（两球形状相同，m1＞m2），将A球从同一位置无初速释放，与球B碰撞后，两球分别落在地面上的M点和N点。轨道末端的重锤线指向地面上的O点，测得试卷第2页，总3页aOM，bOP，cON，忽略小球的半径。求：①与B球碰撞前瞬间A球的动量；②A与B碰撞过程中，动量守恒的表达式.5．某同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，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在记录纸上的竖直投影点，B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且在G、R、O所在的平面内，米尺的零点与O点对齐。（1）碰撞后B球的水平射程应取为________cm。（2）在以下选项中，本次实验必须进行的测量是________。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．测量A球与B球碰撞后，A球落点位置到O点的距离C．测量A球与B球的质量D．测量G点相对于水平槽面的高度（3）某同学用一把有50个小等分刻度的游标卡尺测量小球的直径，由于遮挡，只能看见游标尺的后半部分，如图所示，小球的直径D＝________mm。（4）常用的测量仪器还有螺旋测微器，若某次测量示数如图，则待测长度为________mm。6．某同学用如图所示装置验证动量守恒定律，用轻质细线将小球1悬挂于O点，使小球1的球心到悬点O的距离为L，被碰小球2放在光滑的水平桌面上．将小球1从右方的A点（OA与竖直方向的夹角为α）由静止释放，摆到最低点时恰与小球2发生正碰，碰撞后，小球1继续向左运动到C位置（OC与竖直方向夹角为θ），小球2落到水平地面上，落点D到桌面边缘水平距离为s，已知重力加速度为g。（1）实验中已经测得上述物理量中的θ、、L、s以及小球1的质量m1和、小球2的质量m2，为了验证两球碰撞过程动量守恒，还应该测量的物理量有________________。（2）请用测得的物理量结合已知物理量分别表示碰撞前后小球1的动量：p1＝____________，p1′＝____________；再用物理量表示碰撞前后小球2的动量：p2＝____________，p2′＝____________。7．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,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相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的装置如图(a)所示.在小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。（1）若已测得打点的纸带如图(b)所示,并测得各计数点的间距(已标在图上).A为运动的起点,则应选________段来计算A碰撞前的速度,应选________段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。（2）已测得小车A的质量m1＝0.4kg,小车B的质量m2＝0.2kg,则碰前两小车的总动量大小为________kg·m/s,碰后两小车的总动量大小为________kg·m/s。（计算结果保留三位有效数字）试卷第3页，总3页试卷第1页，总4页第一节参考答案1．（1）21AAPmgLcos，2BBgPmSH（2）21212AABgmgLcosmgLcosmSH2．（1）平抛运动（2）天平、两木块的质量1m和2m，、刻度尺、两木块落地点到桌面边缘的水平距离12ss，（3）用所得数据验证动量守恒的关系是1122msms3．（1）处于水平切线处（2）；=（3）A；C（4）B（5）1114;8.764．①tbmp1②cmambm2115．（1）64.8（64.0～65.0cm均可）（2）ABC（3）16.96mm（4）6.125mm（6.123～6.127mm均可）6．（1）桌面高度h。（2）1121PmgLcos；1121PmgLcos；0；22 2gPmsh7．(1)BCDE(2)0.4200.417第一节参考答案1．（1）21AAPmgLcos，2BBgPmSH（2）21212AABgmgLcosmgLcosmSH2．（1）平抛运动（2）天平、两木块的质量1m和2m，、刻度尺、两木块落地点到桌面边缘的水平距离12ss，（3）用所得数据验证动量守恒的关系是1122msms3．（1）处于水平切线处（2）；=（3）A；C（4）B（5）1114;8.764．①tbmp1②cmambm2115．（1）64.8（64.0～65.0cm均可）（2）ABC（3）16.96mm（4）6.125mm（6.123～6.127mm均可）6．（1）桌面高度h。（2）1121PmgLcos；1121PmgLcos；0；22 2gPmsh7．(1)BCDE(2)0.4200.417试卷第2页，总4页参考答案1．（1）21AAPmgLcos，2BBgPmSH（2）21212AABgmgLcosmgLcosmSH【解析】：小球从A处下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：21102AAAmgLcosmv（），解得：21AvgLcos，则21AAAAPmvmgLcos；小球A与小球B碰撞后继续运动，在A碰后到达最左端过程中，机械能再次守恒，由机械能守恒定律得：21102AAAmgLcosmv（），解得21AvgLcos，21AAAAPmvmgLcos；碰前小球B静止，则0BP；碰撞后B球做平抛运动，水平方向：Bsvt，竖直方向212Hgt，解得2BgvSH，则碰后B球的动量2BBBBgPmvmSH；由动量守恒定律可知，实验需要验证的表达式为：21212AABgmgLcosmgLcosmSH；考点：验证动量守恒定律，2．（1）平抛运动（2）天平、两木块的质量1m和2m，、刻度尺、两木块落地点到桌面边缘的水平距离12ss，（3）用所得数据验证动量守恒的关系是1122msms【解析】（1）木块离开桌面后，速度为水平方向，所以做平抛运动。（2）（3）取木块1的初速度方向为正方向，两小球质量和平抛初速度分别为1212mmvv、，、，平抛运动的水平位移分别为12ss、，平抛运动的时间为t．需要验证的方程：11220mvmv，又1212ssvvtt，，代入得到1122msms，故需要测量两木块的质量1m和2m，两木块落地点到桌面边缘的水平距离12ss，。所以需要的器材为刻度尺、天平考点：验证物体间相互作用时动量守恒3．（1）处于水平切线处（2）；=（3）A；C（4）B（5）1114;8.76【解析】：（1）为了得到水平的初速度，斜槽的末端处于水平切线处（2）为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求abrr，在小球碰撞过程中水平方向动量守恒，故有012aabmvmvmv，在碰撞过程中动能守恒，故有222012111 222aabmvmvmv解得10ababmmvvmm，要碰后a的速度10v＞，即0abmm＞，所以abmm＞（3）是同时落地，碰撞后两小球做平抛运动，高度相同，所以运动时间相同，如果不同，则不能用水平位移代替碰撞后的速度，对实验结果有影响；a小球和b小球相撞后，b小球的速度增大，a小球的速度减小，所以碰撞后a球的落地点距离O点最近，b小球离O点最远，中间一个点是未放b球时a的落地点，所以相碰后，小球a、b的平均落点位置依次是图中A、C点；试卷第3页，总4页（4）B为碰前入射小球落点的位置，A为碰后入射小球的位置，C为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度12OBvhg＝，碰撞后入射小球的速度22OAvhg＝,碰撞后被碰小球的速度32OCvhg＝,若132abamvmvmv则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，带入数据得：aabmOBmOAmOC,B正确；（5）111420.3580.44/1111/11OMOPvmvmpp；发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，根据动量守恒定律：m1v1=m1v/1+m2v/2根据机械能守恒定律：2/222/11211212121vmvmvm由以上两式解得1211/22vmmmv，因此最大射程为：cmOBmmmSm8.768.445.7454522211考点：验证动量守恒定律实验4．①tbmp1②cmambm211【解析】：①小球A从斜槽轨道上端无初速释放，经轨道末端水平抛出，经时间t落