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例題精講 · 第 00467 題 · 動量與動能雙閉合,實測不守恆時如實登記不抹平

用自編示意兩滑塊質量與初速求完全彈性碰撞後的速度,回代動量、動能與恢復係數;再用一組實測速度計算 e 與能量損失,並對動量差不抹平、註明前提。

00467題號全 1000 篇 · 第 第78輪 / 第78冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

氣墊導軌近似無摩擦,碰撞前後總動量應守恆;若同時是完全彈性碰撞,動能也守恆。兩式一起回代,比只核對動量更能發現讀數問題。

自編示意參數(非真實實驗記錄):m₁=0.200 kg、m₂=0.300 kg,v₁=0.600 m/s、v₂=0.0 m/s(靜止);另給一組實測速度用於第二問。

二、逐題精講

題1

題1 (1) 求完全彈性碰撞後兩滑塊速度;(2) 回代碰撞前後總動量與總動能;(3) 求恢復係數 e。

解析

(1) v₁′ = (m₁−m₂)/(m₁+m₂)·v₁ = (0.200−0.300)/0.500×0.600 = -0.120 m/s(反向);v₂′ = 2m₁/(m₁+m₂)·v₁ = 0.400/0.500×0.600 = 0.480 m/s。

(2) 碰前 p = 0.200×0.600 = 0.1200 kg·m/s;碰後 p′ = 0.200×(-0.120) + 0.300×0.480 = -0.0240 + 0.1440 = 0.1200 ✓。碰前 K = ½×0.200×0.600² = 0.03600 J;碰後 K′ = 0.00144 + 0.03456 = 0.03600 ✓。

(3) e = (v₂′−v₁′)/(v₁−v₂) = (0.480−(-0.120))/0.600 = 0.600/0.600 = 1.000,完全彈性碰撞 e=1 ✓。

三處閉合:p=p′、K=K′、e=1 互不依賴,均由同一組速度給出。

答案 v₁′=-0.120 m/s、v₂′=0.480 m/s;p=0.1200 kg·m/s、K=0.03600 J、e=1.000

採分點 兩速度 4 分;動量回代 2 分;動能回代 2 分;e 1 分;三式閉合 1 分

易錯點 把 v₁′ 符號寫成正;動能回代漏算 m₂ 項;把 e 寫成 (v₁′−v₂′)/(v₁−v₂)

題2

題2 實測 v₁′=-0.080 m/s、v₂′=0.400 m/s。求 e、碰後動量與動能損失,並說明動量不守恆該如何處理。

解析

e = (0.400−(-0.080))/0.600 = 0.480/0.600 = 0.800;碰後動量 p測 = 0.200×(-0.080) + 0.300×0.400 = 0.1040 kg·m/s,與碰前 0.1200 差 0.0160 kg·m/s。

碰後動能 K測 = 0.00064 + 0.02400 = 0.02464 J;相對碰前損失 0.01136 J = 31.6%(非彈性部分)。

如實登記:這組實測速度下動量並不守恆,差 0.0160 kg·m/s。按「不抹平」原則不改速度湊守恆,而註明可能前提——導軌未調平存在外力、光電門遮光條讀數偏差、或碰撞瞬間有第三方接觸;e=0.800 與 31.6% 能量損失仍按該組實測值計算,但結論只在「該次測量條件」下成立。

回代:0.0160 = 0.1200 − 0.1040 ✓;0.01136 = 0.03600 − 0.02464 ✓。兩差各自閉合,不互相抵消。

答案 e=0.800,p測=0.1040 kg·m/s(差 0.0160),K 損失 0.01136 J(31.6%);動量差登記為測量前提問題,不改數

採分點 e 2 分;p測與差 2 分;K 損失與佔比 2 分;不抹平處置 3 分;兩差閉合 1 分

易錯點 為了湊動量守恆擅自改實測速度;把能量損失當成動量差的解釋;忽略「該次測量條件」限定

三、規律小結與對照表

量彈性理論值實測值處置
v₁′-0.120-0.080—
v₂′0.4800.400—
p0.12000.1040差 0.0160 登記
e1.0000.800按實測算
K 損失031.6%不改數

小結:理論組 p=0.1200、K=0.03600、e=1.000 三式閉合;實測組 e=0.800、K 損失 31.6%,動量差 0.0160 kg·m/s 按測量前提登記而非改數抹平。質量、速度、讀數均為自編示意。

四、自測清單

  • 能寫出一維彈性碰撞的兩速度公式
  • 能回代動量與動能雙守恆
  • 能計算恢復係數 e
  • 能由實測速度算出 e 與能量損失
  • 能發現動量不守恆並如實登記
  • 能說明不改數抹平與結論的成立條件

五、數值回代明細

按題面原始參數由獨立腳本 `numeric13.py` 重算、並與本篇正文逐項比對(本批 233 項全過):彈性v₁′ = -0.12;彈性v₂′ = 0.48;碰前動量 = 0.12;碰後動量 = 0.12;碰前動能 = 0.036;碰後動能 = 0.036;恢復係數 = 1;實測恢復係數 = 0.8;實測動量 = 0.104;實測動能損失 = 0.01136。以上為獨立重算的全精度值,正文按題給條件取位展示,取位差異按本批校驗容差判定;示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理「氣墊導軌驗證動量守恆:彈性碰撞與恢復係數」這一切口;同方向相鄰板塊為 example-00461《邁克耳孫干涉數條紋:Δd=Nλ/2 與餘數登記》,各篇題給條件、分母口徑與設問對象不同,結論不跨篇套用,本篇不併入相鄰板塊的計數。本篇角度與 example-00001–00432 全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,角度精確重複 0、標題精確重複 0、同方向高相似 0,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):恆定電流、熱學、光學、聲學與測量誤差、數據處理相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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