7.如圖甲所示,用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即研究?jī)蓚(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系.

(1)圖甲中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影.實(shí)驗(yàn)時(shí),先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放,找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測(cè)量平拋射程OP.然后,把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分,再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放,與小球m2相碰,并多次重復(fù).接下來(lái)要完成的必要步驟是ADE.(填選項(xiàng)前的符號(hào))
A.用天平測(cè)量?jī)蓚(gè)小球的質(zhì)量m1、m2
B.測(cè)量小球m1開始釋放高度h
C.測(cè)量拋出點(diǎn)距離地面的高度H
D.分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N
E.測(cè)量平拋射程OM、ON
(2)經(jīng)測(cè)定,m1=45.0g,m2=7.5g,小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,碰撞前、后總動(dòng)量的比值為$\frac{{m}_{1}OP}{{m}_{1}OM+{m}_{2}ON}$(用(1)中測(cè)量的量表示),代入數(shù)值求得這個(gè)比值為1.
(3)在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì),其他條件不變,可以使被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大,請(qǐng)用(2)中已知的數(shù)據(jù),計(jì)算出被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程ON的最大值為76.8cm.

分析 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理以及操作中的注意事項(xiàng)逐項(xiàng)分析,得出正確答案.
(2)由動(dòng)量的計(jì)算公式求出碰撞前后動(dòng)量比值的表達(dá)式,然后根據(jù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出比值大小.
(3)當(dāng)兩球發(fā)生完全彈性碰撞時(shí)被碰球獲得的速度最大,其品牌運(yùn)動(dòng)射程最大,應(yīng)用動(dòng)量守恒定律與 機(jī)械能守恒定律分析答題.

解答 解:(1)A、小球的動(dòng)量P=mv,實(shí)驗(yàn)需要用天平測(cè)量?jī)蓚(gè)小球的質(zhì)量m1、m2,故A正確;
B、只要每次從斜槽的同一位置由靜止釋放小球即可,不需要測(cè)量小球m1開始釋放高度h,故B錯(cuò)誤;
C、兩球離開軌道后都做平拋運(yùn)動(dòng),它們拋出點(diǎn)的高度相同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,在表達(dá)式中t可以約去,實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量拋出點(diǎn)距離地面的高度H,故C錯(cuò)誤;
D、小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),它們拋出點(diǎn)的高度相等,在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,可以用它們的水平位移代替初速度,實(shí)驗(yàn)需要分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N,需要測(cè)量平拋射程OM、ON,故DE正確;
故選:ADE.
(2)由圖示可知,P點(diǎn)是碰撞前入射球的落點(diǎn),M、N分別是碰撞后入射球與被碰球的落點(diǎn),
要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律定律,即驗(yàn)證:m1v1=m1v2+m2v3,小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),
它們拋出點(diǎn)的高度相等,在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,上式兩邊同時(shí)乘以t得:
m1v1t=m1v2t+m2v3t,得:m1OP=m1OM+m2ON,碰撞前后總動(dòng)量的比值:
$\frac{{P}_{前}}{{P}_{后}}$=$\frac{{m}_{1}OP}{{m}_{1}OM+{m}_{2}ON}$=$\frac{0.045×0.4480}{0.045×0.3520+0.0075×55.68}$=1;
(3)兩球發(fā)生彈性碰撞時(shí),被碰小球獲得速度最大,其水平射程最大,
以向右為正方向,由動(dòng)量守恒定律得:m1v0=m1v1+m2v2,
由機(jī)械能守恒定律得:$\frac{1}{2}$m1v02=$\frac{1}{2}$m1v12+$\frac{1}{2}$m2v22,
得動(dòng)能守恒的表達(dá)式是:m1•OM2+m2•ON2=m1•OP2,
解得:v2=$\frac{2{m}_{1}}{{m}_{1}+{m}_{2}}$v0
因此最大射程為:sm=$\frac{2{m}_{1}}{{m}_{1}+{m}_{2}}$•OP=$\frac{2×45g}{45g+7.5g}$×44.80cm=76.8cm;
故答案為:(1)ADE;(2)$\frac{{m}_{1}OP}{{m}_{1}OM+{m}_{2}ON}$;1;(3)76.8.

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的技巧是入射球和靶球從同一高度作平拋運(yùn)動(dòng)并且落到同一水平面上,故下落的時(shí)間相同,所以在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中把本來(lái)需要測(cè)量的速度改為測(cè)量平拋過(guò)程當(dāng)中水平方向發(fā)生的位移,可見掌握了實(shí)驗(yàn)原理才能順利解決此類題目.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

17.如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌水平平行放置,間距L=1m,cd間,de間cf間分別接有阻值為R=10Ω的電阻,一阻值為R=10Ω的導(dǎo)體棒ab以速度v=4m/s勻速向左運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好;導(dǎo)軌所在平面存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.5T,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).下列說(shuō)法中正確的是( 。
A.導(dǎo)體棒ab中電流的流向?yàn)橛蒪到aB.cd兩端的電壓為1V
C.de兩端的電壓為1VD.fe兩端的電壓為零

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

18.如圖所示為電容式位移傳感器的示意圖,物體沿左右方向運(yùn)動(dòng)時(shí),電容將發(fā)生變化.如果實(shí)驗(yàn)測(cè)量出電容器的電容變大,那么被測(cè)物體向左運(yùn)動(dòng)(填寫“左”或“右”);如果把圖中的電介質(zhì)板換成介電常數(shù)更大的材料,當(dāng)物體沿左右方向運(yùn)動(dòng)時(shí),傳感器的靈敏度變大.(填寫“變大”、“不變”或“變小”,靈敏度定義為電容器電容變化量的大小與物體位置坐標(biāo)化量大小之比.)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

15.下列說(shuō)法中正確的是( 。
A.功有正負(fù),故功是矢量
B.能量的單位是焦耳,功的單位是瓦特
C.由公式P=$\frac{W}{t}$可知,功率P與功W成正比
D.單位時(shí)間內(nèi)力對(duì)物體做功越多,力的功率就越大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

2.如圖所示,光滑的水平桌面上放著兩個(gè)完全相同的金屬環(huán)a和b,當(dāng)一條形磁鐵的S極豎直向下迅速靠近兩環(huán)中間時(shí),則( 。
A.a、b互相遠(yuǎn)離B.a、b互相靠近
C.a、b對(duì)桌面的壓力均變小D.a、b對(duì)桌面的壓力均變大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

12.如圖所示,一圓柱形絕熱氣缸豎直放置,通過(guò)絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,氣體的溫度為T0,活塞的質(zhì)量為m,橫截面積為S,與容器底部相距h.現(xiàn)通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體,當(dāng)氣體吸收熱量Q時(shí),活塞又上升了h,此時(shí)氣體的溫度T1=2T0,活塞對(duì)外做功p0Sh+mgh.已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g,不計(jì)活塞與氣缸的摩擦,在此過(guò)程中,氣體的內(nèi)能增加了Q-p0Sh-mgh.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

19.如圖所示,足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌豎直放置,金屬棒ab、cd均通過(guò)棒兩端的金屬環(huán)套在金屬導(dǎo)軌上,接觸良好;虛線上方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),虛線下方有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),ab、cd棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,兩棒總電阻為R,導(dǎo)軌電阻不計(jì).開始兩棒均靜止在圖示位置,當(dāng)cd棒無(wú)初速釋放時(shí),對(duì)ab棒施加豎直向上的力F,使之沿導(dǎo)軌向上做勻加速運(yùn)動(dòng).則( 。
A.ab棒中的電流方向由a到b
B.cd棒先加速運(yùn)動(dòng)后減速運(yùn)動(dòng)
C.cd棒所受摩擦力的最大值大于cd棒的重力
D.力F做的功等于兩金屬棒產(chǎn)生的電熱與增加的機(jī)械能之和

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題

16.質(zhì)點(diǎn):用來(lái)物體的有質(zhì)量的點(diǎn);
(1)點(diǎn):沒有大小;質(zhì):不同于幾何點(diǎn),有質(zhì)量;
(2)“代替”一不影響對(duì)問題的研究;
(3)物體可以看成質(zhì)點(diǎn)的條件:
物體的形狀和大小對(duì)所研究問題的影響可以忽略
(4)質(zhì)點(diǎn)是將實(shí)際物體經(jīng)過(guò)理想化處理后的一種物理模型.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

5.如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行光滑導(dǎo)軌固定在水平面上,電阻忽略不計(jì),其右端連接有兩個(gè)定值電阻R1、R2,電鍵S處于斷開狀態(tài),整個(gè)裝置處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一電阻為R3的導(dǎo)體棒在恒定的水平外力F的作用下在導(dǎo)軌上勻速向左運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直.現(xiàn)將電鍵S閉合,下列說(shuō)法正確的是( 。
A.剛閉合S的瞬間,導(dǎo)體棒中的電流不變
B.剛閉合S的瞬問,導(dǎo)體棒兩端電壓增大
C.閉含S后,導(dǎo)體棒做減速運(yùn)動(dòng)直到停止
D.閉合S后,導(dǎo)體棒做減速運(yùn)動(dòng)直到再一次勻速運(yùn)動(dòng)

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