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某同学设计如图 (甲)所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中...

某同学设计如图 ()所示的装置,通过半径相同的AB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,AB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GRO所在的平面,米尺的零点与O点对齐.

(1)碰撞后B球的水平射程是________cm.

(2)在以下的选项中,本次实验必须进行的测量是________

A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离

BA球与B球碰撞后,AB两球落点位置到O点的距离

CAB两球的质量    

DG点相对于水平槽面的高度

(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后AB两球落点位置到O点的距离分别为xAxBAB两球的质量分别为mAmB,已知AB两球半径均为r,则通过式子_________即可验证AB两球碰撞中的不变量。

 

(1)65.0(64.5~65.5均可) (2)ABC (3)mAxA=mAxA′+mBxB′ 【解析】(1)由图乙所示可知,刻度尺的分度值为,对球落点的平均位置读数为; (2)小球离开轨道后做平抛运动,小球下落的高度相同,在空中的运动时间t相同,由可知,小球的水平位移与小球的初速度v成正比,可以用小球的水平位移代小球的初速度,如果小球动量守恒,满足关系式: ,故有,即,由此可知: A、水平槽上未放B球时,需要测量A球落点位置到O点的距离,故A正确; B、A球与B球碰撞后,需要测量A球落点位置到O点的距离以及B落点与O点的距离;故B正确; C、验证动量守恒需要测量A球和B球的质量(或两球质量之比),故C正确; D、不需要测量G点相对于水平槽面的高度,故D错误; (3)根据(2)中计算可知,本实验中需要验证的表达式为: 。
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考点分析:
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现利用图甲中所示的装置探究碰撞中的不变量。在图甲中,小车A的前端粘有橡皮泥,后端连着纸带,启动打点计时器,给小车A一初速度,之后A与原来静止在前方的小车B相碰并粘在一起运动。实验测得小车A(含橡皮泥)的质量,小车B的质量,打点计时器所用交流电的频率,碰撞前后打出的纸带如图乙所示(单位:cm

 

1)关于实验过程中的注意事项,下列说法正确的是___

A.长木板下垫着的薄木片是用来平衡摩擦力的

B.小车A和小车B的车轮应该由同种材料制成

C.应选用质量差不多大的两个小车

2)碰前两小车的总动量为___kg·,碰后两小车的总动量为___ kg·(保留三位有效数字)。

 

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探究碰撞中的不变量实验中常会用到气垫导轨,导轨与滑块之间形成空气垫,使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦.现在有滑块A、B和带竖直挡板C、D的气垫导轨,用它们探究碰撞中的不变量,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计).采用的实验步骤如下:

a.用天平分别测出滑块A、B的质量

b.调整气垫导轨使之水平;

c.在A、B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;

d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离

e.按下电钮放开卡销,同时开始计时,当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时结束计时,记下A、B分别到达C、D的运动时间

(1)实验中还应测量的物理量及其符号是____________

(2)若取A滑块的运动方向为正方向,则放开卡销前,A、B两滑块质量与速度乘积之和为________;A、B两滑块与弹簧分离后,质量与速度乘积之和为________.若这两个和相等,则表示探究到了碰撞中的不变量”.

(3)实际实验中,弹簧作用前后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等,可能产生误差的原因有_______

A.气垫导轨不完全水平

B.滑块A、B的质量不完全相等

C.滑块与导轨间的摩擦力不真正为零

D.质量、距离、时间等数据的测量有误差

 

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关于探究碰撞中的不变量实验,下列说法不正确的是(    )

A.实验要求碰撞一般为一维碰撞

B.实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和

C.只需找到一种情境的不变量即可,结论对其他情境也同样适用

D.进行有限次实验找到的不变量,具有偶然性,结论还需要实践检验

 

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一斜面AB长为10m,倾角为30°,一质量为2kg的小物体(大小不计)从斜面顶端A点由静止开始下滑,如图所示(g10 m/s2

(1)若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5,求小物体下滑到斜面底端B点时的速度及所用时间.

(2)若给小物体一个沿斜面向下的初速度,恰能沿斜面匀速下滑,则小物体与斜面间的动摩擦因数μ是多少?

 

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如图所示,质量为4 kg的物体静止于水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.5,物体受到大小为20N,与水平方向成30°角斜向上的拉力F作用时沿水平面做匀加速运动,求物体的加速度是多大?(g10 m/s2)

 

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