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简答题

某同学在探究物体弹性碰撞的特点时,先提出了如下假设:①两个物体碰撞前后各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变的;②两个物体碰撞前后各自的质量与自己速度的二次方的乘积之和是不变的.为了验证这个假设,该同学设计了如图1所示的实验装置.先将弹性a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样尺寸大小的弹性b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次.

(1)在安装斜槽轨道时,要注意______.选择弹性小球a、b时,小球a、b的质量ma、mb应该满足关系:ma______mb(填“>”或“=”或“<”),理由是______.

(2)本实验必须测量的物理量有以下哪些______.

A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H

B.小球a、b的质量ma、mb

C.小球a、b的半径r

D.小球a、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行时间t

E.记录纸上O点到A、B、C各点的距离SOA、SOB、SOC

F.a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h

(3)该同学设计了一个实验数据表格,见表一.从表中可以看出,有些物理量并非实验中直接测出的,请你将表中不能直接测出的物理量换成能直接测出的物理量,而不影响实验探究的目的,并将结果对应填在表二中.

表一:

表二:

(4)为测定未放被碰小球时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O点对齐,图2给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为______cm.

(5)该同学通过对实验数据的分析和处理验证了他的假设,这就表明物体在弹性碰撞中有两个物理量是守恒的,这两个物理量分别是______、______.

正确答案

(1)在安装斜槽轨道时,要注意调整斜槽末端水平,保证小球做平抛运动.选择弹性小球a、b时,入射小球的质量大于被碰小球的质量,防止入射小球反弹.

(2)在实验中,需验证动量是否守恒,需测量两小球的质量,记录纸上O点到A、B、C各点的距离SOA、SOB、SOC,因为平抛运动的时间相等,水平距离的大小代表速度的大小.故选BE.

(3)小球碰撞前后的速度可以通过平抛运动的水平位移代替,如表格所示.

(4)OB的距离为落点的平均位置,大小等于46.41cm.

(5)物体在弹性碰撞的过程中,系统动量守恒,机械能守恒.

故答案为:

(1)调整斜槽末端水平,>,防止入射小球反弹;

(2)B、E (3)见下表 

(4)46.41;(5)动量 机械能.

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在验证碰撞中的动量守恒的实验中,各落点的中心位置如图,假设实验中小球的弹性较好,可以看作弹性碰撞,且碰撞结果基本符合v1=v0,v2=v0,其中 m1、m2分别是入射球和被碰球的质量,m1>m2,v1、v2分别是入射球和被碰球碰后的水平速度,v0是入射速度.

(1)若相邻落点的分布范围的界限不够分明,甚至有重叠的现象,要同时增大相邻的落点中心位置之间的距离,可单独采取______

A.增大入射速度v0

B.增大平抛高度h

C.在m1>m2的条件下,进一步增大的值

D.在m1>m2的条件下,减小的值

(2)要使OM、MP、PQ接近相等,应接近______.

正确答案

(1)在入射球平抛运动的过程中有=v0t=v0

故有=v1=v0

故有=v2=v0

-=v0-v0=v0

-=v0-v0=v0

故增大入射速度v0和平抛高度h可以同时增大相邻落点之间的距离.故AB正确.

但增大的值可使P、M之间的距离减小,故C错误.

减小的值可使Q、M之间的距离减小,故D错误.

故选AB.

(2)要OM、PM、PQ接近相等根据(1)有m1-m2=2m2即m1=3m2所以=

故本题的答案为:(1)AB;(2)3:1

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某同学设计了一个用打点计时器研究动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,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相碰并黏合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图(a)所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50Hz,长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力。

(1)若已测得打点纸带如图(b)所示,并测得各计数点间距(已标在图示上)。A为运动的起点,则应选____________段来计算A碰前速度,应选____________段来计算A和B碰后的共同速度。(以上两空选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1=0.40kg,小车B的质量m2=0.20kg,由以上测量结果可得:碰前总动量p0=____________kg·m/s,碰后总动量p=____________kg·m/s。(结果保留三位有效数字)

正确答案

(1)BC,DE

(2)0.420,0.417

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C.(选修模块3-5)

(1)下列说法中正确的是______.

A.随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

B.在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,因此光子散射后波长变短

C.根据海森伯提出的不确定性关系可知,不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量

D.4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变

(2)在《探究碰撞中的不变量》实验中,某同学采用如图所示的装置进行实验.把两个小球用等长的细线悬挂于同一点,让B球静止,拉起A球,由静止释放后使它们相碰,碰后粘在一起.实验过程中除了要测量A球被拉起的角度θ1,及它们碰后摆起的最大角度θ2之外,还需测量______(写出物理量的名称和符号)才能验证碰撞中的动量守恒.用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式是______.

(3)2008年10月7日,日美科学家分享了当年诺贝尔物理学奖.他们曾就特定对称性破缺的起源给出了解释,并预言了一些当时还未发现的夸克.夸克模型把核子(质子和中子)看做夸克的一个集合体,且每三个夸克组成一个核子.已知质子和中子都是由上夸克u和下夸克d组成的.每种夸克都有对应的反夸克.一个上夸克u带有+e的电荷,而一个下夸克d带有-e的电荷,因此一个质子p可以描述为p=uud,则一个中子n可以描述为n=______.一个反上夸克带有-e的电荷,一个反下夸克带有+e的电荷,则一个反质子p可描述为=______.

正确答案

(1)A、随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.故A正确.

B、在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,根据λ=知,光子散射后波长变长.故B错误.

C、根据不确定性关系可知,不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量.故C正确.

D、半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用.故D错误.

故选AC.

(2)根据机械能守恒定律,mAgl(1-cosθ1)=mAvA2,解得vA=,(mA+mB)gl(1-cosθ2)=(mA+mB)v2,解得v=

需要验证mAvA=(mA+mB)v,即mA=(mA+mB).所以需要测量两球的质量mA、mB

(3)中子的电量为0,类似于质子的描述,中子可以描述为udd.反质子的电量为-e,则反质子的描述为

故答案为:(1)AC (2)两物体的质量mA、mB,mA=(mA+mB) (3)udd,

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某同学用如图(甲)装置做《探究碰撞中的不变量》实验。先将球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让球仍从原固定点由静止开始滚下和球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。已知小球的质量大于小球的质量。

(1)本实验必须测量的物理量有以下哪些        。        

A.斜槽轨道末端到水平地面的高度B.小球的质量C.小球 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间D.记录纸上点到各点的距离

E.球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差(2)为测定未放被碰小球时,小球落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的点对齐,(乙)图给出了小球落点的情况,由图(乙)可得距离应为      cm。

(3)由实验测得的数据,如果满足等式        ,那么我们认为在碰撞中系统的动量是不变的。

正确答案

(1)BD    

(2)45.90 ±0.2    

(3)

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