学年高中物理第十六章动量守恒定律实验：探究碰撞中的不变量课后检测含解析新人教版选修_

1 实验：探究碰撞中的不变量
记一记
探究碰撞中的不变量知识体系
1个前提条件——应保证碰撞为一维碰撞
2种误差——系统误差：碰撞是否为一维碰撞，碰撞中其它力(摩擦力、空气阻力等)带来的影响
偶然误差：测量和读数时带来的误差
辨一辨
1.探究碰撞中的不变量用的是控制变量法．(×)
2．探究碰撞中的不变量实验中无需测质量．(×)
3．利用气垫导轨测碰撞中的不变量导轨要调成水平．(√)
4．利用等长悬线悬挂小球碰撞测量碰撞中的不变量，两小球大小可以不相等．(×)
想一想
1.碰撞中怎样保证碰撞是一维的？如何测质量和速度？数据如何处理？
提示：实验中要保证是对心碰撞．用天平测质量，利用纸带以及光电门测速度，利用猜测验证的方法处理数据．
2．使用气垫导轨应注意什么？
提示：调整气垫导轨，确保导轨水平．
3．利用单摆进行实验应注意什么？
提示：两小球静止时应在同一水平线上且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起时两条摆线应在同一竖直面内．
思考感悟：
练一练
1.采用案例一(使用气垫导轨)做“探究碰撞中的不变量〞实验时，首先应该做的是( )
A．给气垫导轨通气
B．对光电计时器进行归零处理
C．把滑块放到导轨上
D．检验挡光片通过光电门时是否能够挡光计时
解析：为保护气垫导轨，在一切实验步骤进行之前，首先应该给气垫导轨通气．
答案：A
2．[2022·宁夏模拟]
在探究碰撞中的不变量时，采用如下图的实验装置，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局部，在白纸上记录重锤线位置和各小球落点的平均位置依次为O，A，B，C，那么以下说法中正确的选项是( ) 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
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能从斜槽末端飞出，两小球不可能同时落地，C错，D对．
答案：D
3．(多项选择)
如下图，在“探究碰撞中的不变量〞的实验中，把两个等体积小球用线悬挂起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下后它们相碰，那么以下说法正确的选项是( ) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长
B．由静止释放小球，以便较准确计算小球碰前速度
C．两小球必须都是弹性球，且质量相同
D．两小球碰后可以粘在一起共同运动
解析：两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，选项A 正确；计算碰撞前速度时用
到了mgh ＝12
mv 2，即初速度要求为0，选项B 正确；本实验中对小球是否为弹性球无要求，选项C 错误；两球正碰后，有多种运动情况，选项D 正确．
答案：ABD
要点一 实验步骤与数据处理
1.[2022·山西联考]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、外表光滑的长木板、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 kg
B ．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，比拟理想的一条如下图，根据这些数据完成下表．
(3)根据以上数据猜测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mv 一行中数值相同，可猜测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
2．某同学用如图甲所示装置探究A 、B 两球在碰撞中的不变量．该同学利用平抛运动测量两球碰撞前后的速度，实验装置和具体做法如下，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，并画出实验中A 、B 两小球落点的平均位置．图中O 点是水平槽末端R 在记录纸上的垂直投影点．其中米尺水平放置，且平行于G 、R 、O 所在的竖直平面，米尺的零点与O 点对齐．
(1)为了使两球碰撞为一维碰撞，所选两球的直径关系为：A 球的直径________B 球的直径(选填“大于〞、“等于〞或“小于〞)；为减小实验误差，在两球碰撞后使A 球不反弹，所选用的两小球质量关系应为m A ________m B (选填“小于〞、“大于〞或“等于〞)．
(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：________(填选项号)．
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 球与B 球落点位置到O 点的距离
C ．A 球和B 球在空中飞行的时间
D ．测量G 点相对于水平槽面的高度
(3)m A 和m B ，如图乙所示，E 、F 、J 是实验中小球落点的平均位置，请你根据该同学实验中所选小球和实验的记录纸判断，A 球没有碰撞B 球时的落点是________点，A 球与B 球碰撞后A 球的落点是________点．
解析：(1)为了保证能够发生一维碰撞，那么两球球心应该在同一条水平线上，故需要使两球的直径相等；为了使碰撞后不反弹，必须使m A >m B ；
(2)由于A 、B 球都从平台上做平抛运动，运动时间相同，水平方向上做匀速直线运动，那么可以用位移的大小代替速度的大小，故需要测量的有：未放B 球时，A 球落点位置到O 点。