高中物理人教版 选修3-5 第十六章 动量守恒定律 1.实验：探究碰撞中的不变量

一、单选题

1. 难度：简单

在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（  ）

A．滑块的质量         B．挡光的时间

C．挡光片的宽度       D．光电门的高度

2. 难度：中等

在探究碰撞中的不变量时，采用如图所示的实验装置，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（   ）

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

3. 难度：中等

质量分别为m₁和m₂的两个物体碰撞前后的位移—时间图象如图所示,由图有以下说法:①碰撞前两物体质量与速度的乘积相同;②质量m₁等于质量m₂;③碰撞后两物体一起做匀速直线运动;④碰撞前两物体质量与速度的乘积大小相等、方向相反。其中正确的是（  ）

A．①②      B．②③

C．②④     D．③④

二、多选题

4. 难度：简单

如图为课本参考案例二，则下列说法正确的是（  ）

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地计算小球碰前的速度

C．两小球必须都是刚性球，且质量相同

D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动

5. 难度：简单

在用两个小球的碰撞来验证碰撞中的不变量时，产生误差的主要原因是（  ）

A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是绝对沿水平方向

B．小球在空气中飞行时受到空气阻力

C．通过复写纸描得的各点，不是理想的点，有一定的大小，从而带来作图上的误差

D．测量长度时有误差

6. 难度：中等

某同学用如图所示装置来探究碰撞中的不变量，让质量为m₁的小球从斜槽某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端质量为m₂的小球发生碰撞。实验中必须要求的条件是（_______）

A．斜槽必须是光滑的

B．斜槽末端的切线必须水平

C．m₁与m₂的球心在碰撞瞬间必须在同一高度

D．m₁每次必须从同一高度处滚下

7. 难度：中等

有两个小球a、b在水平桌面上发生碰撞,在满足下列条件时能够发生一维碰撞的是 （  ）

A．小球a静止,另一个小球b经过a球时刚好能擦到a球的边缘

B．小球a静止,另一个小球b沿着a、b两球球心连线去碰a球

C．相碰时,相互作用力的方向沿着球心连线

D．相碰时,相互作用力的方向与两球相碰之前的速度方向都在同一条直线上

8. 难度：简单

在“探究碰撞中的不变量”实验中，对于最终的结论m₁v₁＋m₂v₂＝m₁v₁′＋m₂v₂′，下列说法正确的是（   ）

A．仅限于一维碰撞

B．任何情况下m₁v₁²＋m₂v₂²＝m₁v₁′²＋m₂v₂′²也一定成立

C．式中的v₁、v₂、v₁′、v₂′都是速度的大小

D．式中的不变量是m₁和m₂组成的系统的质量与速度乘积之和

三、实验题

9. 难度：中等

如图甲所示，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，随即启动打点计时器，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，如图乙所示，电源频率为50Hz，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。已测得甲小车的质量m₁=0．20kg，乙小车的质量m₂=0．10kg，由以上测量结果可得：碰前总动量为_____kg•m/s；碰后总动量为_____kg•m/s。

10. 难度：中等

某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找物体相互作用过程中的“不变量”，实验装置如图所示，实验过程如下（“＋、－”表示速度方向）：

实验1 使m₁＝m₂＝0．25 kg，让运动的m₁碰静止的m₂，碰后两个滑块分开．数据如表1．

表1

	碰前	碰后
滑块m1	滑块m2	滑块m1	滑块m2
速度v/（m·s^－1）	＋0．110	0	0	＋0．108

根据这个实验可推知，在实验误差允许的范围内：

（1）碰前物体的速度________（填“等于”或“不等于”）碰后物体的速度；

（2）碰前物体的动能________（填“等于”或“不等于”）碰后物体的动能；

（3）碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________（填“等于”或“不等于”）碰后物体的质量m与速度v的乘积mv．

实验2 使m₁＝m₂＝0．25 kg，让运动的m₁碰静止的m₂，碰后m₁、m₂一起运动．数据如表2．

表2

	碰前	碰后
滑块m1	滑块m2	滑块m1	滑块m2
速度v/（m·s^－1）	＋0．140	0	＋0．069	＋0．069

根据这个实验可推知

（1）碰前物体的速度________（填“等于”或“不等于”）碰后物体速度的矢量和；

（2）碰前物体的动能________（填“等于”或“不等于”）碰后物体动能的和；

（3）碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________（填“等于”或“不等于”）碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和．

实验3 使2m₁＝m₂＝0．5 kg，让运动的m₁碰静止的m₂，碰后m₁、m₂分开．数据如表3．

表3

	碰前	碰后
滑块m1	滑块m2	滑块m1	滑块m2
速度v/（m·s^－1）	＋0．120	0	－0．024	＋0．070

根据实验数据可推知，在误差允许范围内：

（1）碰前物体的速度________（填“等于”或“不等于”）碰后物体速度的矢量和；

（2）碰前物体的动能________（填“等于”或“不等于”）碰后物体动能的和；

（3）碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________（填“等于”或“不等于”）碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和．

还进行了其他情景的实验，最终在实验中发现的“不变量”是________．

（4）在“探究碰撞中的不变量”实验中，关于实验结论的说明，正确的是________．

A．只需找到一种情景的“不变量”即可，结论对其他情景也同样适用

B．只找到一种情景的“不变量”还不够，其他情景未必适用

C．实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变

D．进行有限次实验找到的“不变量”，具有偶然性，结论还需要检验

11. 难度：中等

某同学把两个大小不同的物体用细线连接，中间夹一被压缩的弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的不变量．

（1）该同学还必须有的器材是__________________；

（2）需要直接测量的数据是_____________________；

（3）根据课堂探究的不变量，本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为__________________．

12. 难度：困难

A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短）．用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如图所示．已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0～80 cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A恰好通过x＝55 cm处，滑块B恰好通过x＝70 cm处，问：

（1）碰撞发生在何处？

（2）碰撞发生在第一次闪光后多长时间？

（3）设两滑块的质量之比为m_A∶m_B＝2∶3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等？