实验十四 探究碰撞中的不变量
[随堂检测]
1.(2020·湖州调研)在探究碰撞中的不变量的实验中,实验装置的示意图如图所示.实验中,入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是( )
A.释放点越低,小球所受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小
B.释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差越小,两球速度的测量越准确
C.释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差越小
D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对被碰小球的阻力越小
解析:选C.入射小球释放点越高,入射球碰前速度越大,相碰时内力越大,阻力的影响相对减小,可以较好地满足动量守恒的条件,也有利于减少测量水平位移时的相对误差,从而使实验误差减小,选项C正确.
2.在做探究碰撞中的不变量实验时,入射球a的质量为m1,被碰球b的质量为m2,小球的半径为r,各小球的落地点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是( )
A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球
B.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下
C.要验证的表达式是m1=m1+m2
D.要验证的表达式是m1=m1+m2
解析:选D.在此装置中,应使入射球的质量大于被碰球的质量,防止入射球反弹或静止,故A错;入射球每次必须从斜槽的同一位置由静止滚下,保证每次碰撞都具有相同的初动量,故B错;两球做平抛运动时都具有相同的起点,P为不放被碰球时小球的落点,M为入射球碰后的落点,N为被碰球的落点,故应验证的关系式为:m1=m1+m2,D对,C错.
3.如图(a)所示,在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车,甲车系一穿过打点计时器的纸带,当甲车受到水平向右的冲量时,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.
纸带记录了碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况如图(b)所示,电源频率为50 Hz,则碰撞前甲车运动速度大小为________m/s,甲、乙两车的质量比m甲∶m乙=________.
解析:由题图(b)可得碰前甲车的速度为
v1= m/s=0.6 m/s.
碰后两车的共同速度
v2= m/s=0.4 m/s.
由动量守恒定律有m甲v1=(m甲+m乙)v2.
由此得甲、乙两车的质量比===.
答案:0.6 2∶1
4.气垫导轨(如图)工作时,空气从导轨表面的小孔喷出,在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层,使滑块不与导轨表面直接接触,大大减小了滑块运动时的阻力.为了探究碰撞中的不变量,在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动.
如图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以相同间距的6个连续点为一段划分纸带,用刻度尺分别量出其长度x1、x2和x3.若题中各物理量的单位均为国际单位,那么,碰撞前两滑块的动量大小分别为______________、____________,两滑块的总动量大小为____________;碰撞后两滑块的总动量大小为________.重复上述实验,多做几次.若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则碰撞前后两滑块动量不变.