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__________________.
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
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。
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
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
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