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,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 (乙)所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O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
B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离
C.A、B两球的质量
D.G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A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′,A、B两球的质量分别为mA、mB,已知A、B两球半径均为r,则通过式子_________即可验证A、B两球碰撞中的不变量。
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)。
在“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的运动时间和.
(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
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
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(g取10 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?
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?(g取10 m/s2)