（浙江选考）高考物理一轮复习 实验17 探究碰撞中的不变量夯基提能作业本-人教版高三全册物理试题.docx

实验17探究碰撞中的不变量
1.(2018浙江11月选考,21,4分)小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示,悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成,小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞,碰后小球A继续摆动,小球B做平抛运动。

图1
(1)小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示,则d=mm。又测得了小球A质量m1,细线长度l,碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h。为完成实验,还需要测量的物理量有:。

图2
(2)若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆,其周期(选填“小于”、“等于”或“大于”)粘合前单摆的周期(摆角小于5°)。
答案(1)14.40小球B的质量m2,A球碰撞后摆角的大小
(2)大于
解析(1)根据游标卡尺的读数方法可知,d=14mm+8×0.05mm=14.40mm。
碰撞过程中动量守恒,m1v1=m1v1'+m2v2',a球碰前的速度可以由mgl(1-cosα)=12m1v12得出,故还需要测小球B的质量m2,以及碰后A球的摆角从而来测定碰后的a球的速度。(2)若碰后粘在一起形成新单摆,其摆长会变大,根据单摆周期公式T=2πlg,单摆的周期会变大。
2.某实验小组在“探究碰撞中的不变量”实验中,采用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来进行探究。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末端的地方,让A球仍从位置G自静止开始滚下,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。图中的O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。B球落点痕迹如图所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在平面,刻度尺的零刻度线与O点对齐。

(1)碰撞后B球的水平射程应取为cm。
(2)(多选)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量(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球或B球的质量;
E.测量G点相对水平槽面的高度。
答案(1)64.0(63.8~64.2)(2)ABD
解析(1)应取将所有点包含在内的最小圆的圆心为落地点。
(2)根据动量守恒定律,实验需要满足公式mAv0=mAv1+mBv2。因为碰撞后做平抛运动,下落的高度相同,所以下落时间相同,故mA·OB=mA·OA+mB·OC,即测量mA、mB、OB、OA、OC,所以需要测量A球和B球的质量以及A球两次落地时的水平距离和B球落地时的水平距离。
3.某学习兴趣小组的同学为了验证动量守恒定律,分别用如下图的三种实验装置进行实验探究,图中斜槽末端均水平。

(1)用图甲和图乙所示装置进行实验时,若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则。
A.m1>m2,r1>r2 B.m1>m2,r1<r2
C.m1>m2,r1=r2 D.m1<m2,r1=r2
(2)在用图乙所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置),设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,所得“验证动量守恒定律”的结论为(用装置图中的字母表示)。
(3)用如图丙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的B点。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点,小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的D点。实验中已经测得上述物理量中的a、L、x,为了验证两球碰撞过程动量守恒,已知小球1的质量m1,小球2的质量m2,还应该测量的物理量有。
答案(1)C(2)m1·OP=m1·OM+m2·O'N(3)OC与竖直方向的夹角β,桌面高度h
解析(1)在小球碰撞过程中水平方向动量守恒,有m1v0=m1v1+m2v2,在碰撞过程中假设发生弹性碰撞有12m1v02=12m1v12+12m2v22,解得v1=m1-m2m1+m2v0,要使碰后入射小球不反弹,则其速度要满足v1>0,即m1-m2>0,m1>m2;为了使两球发生正碰,两小球的半径相同,有r1=r2。故选C。
(2)P为碰前入射小球落点的平均位置,M为碰后入射小球的位置,N为碰后被碰小球的位置,碰撞前入射小球的速度为v0=OPt,碰撞后入射小球的速度为v1=OMt,碰撞后被碰小球的速度为:v2=O'Nt,其中t为小球做平抛运动的时间,由动量守恒有m1v0=m1v1+m2v2,可得m1·OP=m1·