1、(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中,下列哪些因素可导致实验误差( ) A.导轨安放不水平 B.滑块上挡光板倾斜 C.两滑块质量不相等 D.两滑块碰后连在一起
【答案】AB 【解析】导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响,从而产生实验误差;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移(光电门自动计算滑块速度是用滑块的真实宽度距离与挡光时间的比值算出,若挡光板倾斜,则滑块在挡光期间通过的距离会小于挡光板真实宽度距离);实验中并不要求两滑块的质量相等;两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大,并不影响碰撞中的守恒量.综上所述,答案为A、B
2、(多选)若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验,下列操作正确的是( ) A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量 B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后粘在一起 C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车 D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源
【答案】BC 【解析】(本实验是探究碰撞前后总动量不变的实验)相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,这种情况能得到能量损失很大的碰撞;应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据.故A、D错,B、C正确
3、(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是( ) A.A到达最低点时,两球的球心连线可以不水平 B.A到达最低点时,两球的球心连线要水平 C.多次测量减小误差时,A球必须从同一高度下落 D.多次测量减小误差时,A球必须从不同高度下落
【答案】BC 【解析】本题考查了探究碰撞过程中的不变量(探究碰撞前后总动量不变),意在考查学生的理解能力.要保证一维对心碰撞,必须在碰撞时球心在同一高度;多次测量求平均值,必须保证过程的重复性,A球必须从同一高度下落.故选项B、C正确,A、D错误
4、某同学设计了一个用打点计时器研究“探究碰撞中的不变量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,在小车A后连着纸带,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图甲所示. (1)长木板右端下面垫放一小木片的原因是__________________. (2)若已获得的打点纸带如图乙所示,A为运动的起点,各计数点间距分别记为AB、BC、CD和DE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA 、mB ,则需验证的表达式为_________________.
【答案】(1)平衡摩擦力 (2)mA •BC=(mA +mB )•DE 【解析】(1)长木板下垫一小木片,目的是平衡摩擦力.(2)B到C的时间等于D到E的时间,所以mA •BC/t=(mA +mB )DE/t,故mA •BC=(mA +mB )•DE
5、用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10 Hz),步骤方法如下: (1)用天平称出两滑块的质量.mA =0.10kg,mB =0.20kg,放在水平的气垫导轨上(导轨上标尺的最小分度为1cm,滑块可看作质点); (2)碰撞前后连续三次闪光拍照得图中a、b、c所示的照片. 请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量
【答案】(碰撞前后mv矢量和保持不变 【解析】由图a、b看出 vA =(7.0×10-2 -1.0×10-2 )/0.1m/s=0.6 m/s 则mA vA =0.10×0.6kg•m/s=0.060kg•m/s 从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需 t2 =(1.5×10-2 )/0.6 s=2.5×10-2 s 所以A与B碰后回到7.0cm位置,历时(0.1-2.5×10-2 ) s=7.5×10-2 s 因此,求出 vA ′=(7.0×10-2 -8.5×10-2 )/7.5×10-2 m/s=-0.2 m/s vB ′=(11.5×10-2 -8.5×10-2 )/7.5×10-2 m/s=0.4 m/s 所以碰撞后:mA vA ′+mB vB ′=0.060 kg•m/s 由以上计算可得:mA vA +mB vB =mA vA ′+mB vB ′.
6、气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为无摩擦的.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量,如图所示,实验步骤如下: a.用天平分别测出滑块A,B的质量mA ,mB b.调整气垫导轨,使导轨处于水平 c.在A和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.用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1 e.按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A,B运动时间的计时器开始工作.当A,B滑块分别碰撞C,D挡板时停止计时,记下滑块A,B分别到达挡板C,D的运动时间t1 和t2 (1)实验中还应测量的物理量是____________________ (2)利用上述测量的实验数据,即可得出关系式________成立,即可得出碰撞中守恒的量是mv的和.上式中算得的A,B两滑块的mv大小不相等,产生误差的原因是___________________
【答案】(1)B的右端至挡板D的距离L2 ; (2)mA L1 /t1 =mB L2 /t2 测量距离、时间、质量不准确,阻力、气垫导轨不不平等造成误差。 【解析】 (1)本实验要测量滑块B的速度,由公式v=L/t可知,应测出滑块B的位移和发生该位移所用的时间,而滑块B到达D端所用时间t2 已知,故还需测出B的右端至挡板D的距离L2. (2)碰撞前两物体均静止,即mA vA +mB vB =0 即mA L1 /t1 =mB L2 /t2 误差原因:测量距离、时间、质量不准确,阻力、导轨不水平等造成误差。